Proteína Recém-Descoberta PTCHD4 Impulsiona o Envelhecimento Celular e Pode Ser um Alvo Farmacológico

A senescência celular — estado em que células estressadas param permanentemente de se dividir, mas permanecem metabolicamente ativas — é um dos principais impulsionadores do envelhecimento e das doenças relacionadas à idade. As células senescentes se acumulam com a idade e liberam um coquetel tóxico de citocinas inflamatórias (o fenótipo secretório associado à senescência, ou SASP) que danifica os tecidos circundantes. As estratégias atuais para eliminar células senescentes, como os senolíticos, apresentam efeitos colaterais significativos e especificidade limitada. Identificar reguladores upstream da senescência que sejam expressos seletivamente em células senescentes poderia abrir estratégias de intervenção mais seguras e direcionadas. Este estudo da Universidade de Pequim aborda essa necessidade ao caracterizar o PTCHD4, uma proteína transmembrana da família do domínio patched relacionada ao regulador da via Hedgehog, o PTCH1.

Os pesquisadores demonstraram inicialmente que o PTCHD4 é consistentemente regulado positivamente durante a senescência em múltiplos tipos celulares humanos e murinos. Em fibroblastos pulmonares fetais humanos (células 2BS), o estresse genotóxico induzido por bleomicina e a senescência replicativa aumentaram significativamente o mRNA e a proteína do PTCHD4, juntamente com os marcadores canônicos de senescência p53 e p21, redução na incorporação de EdU (uma medida da síntese de DNA), elevação da atividade de SA-β-galactosidase e aumento das citocinas do SASP IL-6 e IL-8. A mesma regulação positiva foi observada em fibroblastos embrionários de camundongos (MEFs), células epiteliais alveolares do tipo II (AEC2s), células endoteliais de veia umbilical humana (HUVECs) e células epiteliais pigmentares retinianas adultas (ARPE-19), estabelecendo a indução do PTCHD4 como uma característica da senescência independente do tipo celular. Conjuntos de dados transcriptômicos publicamente disponíveis (Aging Atlas) confirmaram a regulação positiva em fibroblastos WI38 e IMR90 com senescência induzida por irradiação e replicativa, além de células endoteliais arteriais humanas.

In vivo, a proteína PTCHD4 mostrou-se acentuadamente elevada por imunohistoquímica no pulmão, fígado, rim e coração de camundongos com 90 semanas de idade e em camundongos progeróides Zmpste24−/− com 12 semanas, espelhando o padrão de marcação do p16INK4A. Conjuntos de dados de sequenciamento de RNA de célula única de pulmão humano mostraram proporções maiores de células AT2 PTCHD4-positivas em amostras de fibrose pulmonar idiopática (FPI) em comparação aos controles, com as células PTCHD4-positivas exibindo maior expressão de marcadores de senescência e escores elevados do módulo SASP. A expressão do PTCHD4 também se correlacionou positivamente com a idade dos doadores em conjuntos de dados transcriptômicos de pulmão humano, consolidando sua relevância para a biologia do envelhecimento humano.

Experimentos funcionais utilizando MEFs com knockout de PTCHD4 (PTCHD4−/−) demonstraram que a perda do PTCHD4 retardou substancialmente a senescência replicativa: enquanto os MEFs do tipo selvagem atingiram bloqueio proliferativo quase completo e alta positividade para SA-β-gal na passagem 8, os MEFs PTCHD4−/− mantiveram capacidade proliferativa até a passagem 14, quando finalmente alcançaram marcadores de senescência equivalentes. Em contrapartida, a superexpressão forçada de PTCHD4 em MEFs jovens acelerou a senescência na passagem 5, com redução da incorporação de EdU, aumento de SA-β-gal e elevação de p53, p16 e IL-6. No modelo de envelhecimento murino por D-galactose, camundongos deficientes em PTCHD4 apresentaram fenótipos de envelhecimento reduzidos em múltiplos tecidos e, de forma relevante, expectativa de vida mediana prolongada em comparação aos controles do tipo selvagem. No modelo de fibrose pulmonar por bleomicina, a deficiência de PTCHD4 reduziu o depósito de colágeno (coloração de Masson's trichrome), atenuou os sinais de senescência e inflamação e preservou a função pulmonar em relação aos camundongos do tipo selvagem.

Do ponto de vista mecanístico, a equipe descobriu que o PTCHD4 promove a ativação do AKT, uma serina/treonina quinase central na via PI3K–AKT–mTOR e um conhecido indutor de senescência celular e SASP. As células PTCHD4−/− apresentaram redução na fosforilação do AKT, e a restauração farmacológica da sinalização de AKT em células deficientes em PTCHD4 reverteu os efeitos protetores contra a senescência, estabelecendo uma relação causal entre o PTCHD4 e o eixo AKT. Esses achados posicionam o PTCHD4 como um regulador transmembrana upstream que se integra a um dos nós de sinalização mais consequentes da biologia do envelhecimento, e sugerem que o direcionamento ao PTCHD4 — potencialmente com anticorpos ou moléculas pequenas — poderia suprimir a senescência e o SASP com maior seletividade do que as abordagens pan-senolíticas atuais.