Protein-energy malnutrition halts hemopoietic progenitor cells in the G0/G1 cell cycle stage, thereby altering cell production rates

Abstract

Protein energy malnutrition (PEM) is a syndrome that often results in immunodeficiency coupled with pancytopenia. Hemopoietic tissue requires a high nutrient supply and the proliferation, differentiation and maturation of cells occur in a constant and balanced manner, sensitive to the demands of specific cell lineages and dependent on the stem cell population. In the present study, we evaluated the effect of PEM on some aspects of hemopoiesis, analyzing the cell cycle of bone marrow cells and the percentage of progenitor cells in the bone marrow. Two-month-old male Swiss mice (N = 7-9 per group) were submitted to PEM with a low-protein diet (4%) or were fed a control diet (20% protein) ad libitum. When the experimental group had lost about 20% of their original body weight after 14 days, we collected blood and bone marrow cells to determine the percentage of progenitor cells and the number of cells in each phase of the cell cycle. Animals of both groups were stimulated with 5-fluorouracil. Blood analysis, bone marrow cell composition and cell cycle evaluation was performed after 10 days. Malnourished animals presented anemia, reticulocytopenia and leukopenia. Their bone marrow was hypocellular and depleted of progenitor cells. Malnourished animals also presented more cells than normal in phases G0 and G1 of the cell cycle. Thus, we conclude that PEM leads to the depletion of progenitor hemopoietic populations and changes in cellular development. We suggest that these changes are some of the primary causes of pancytopenia in cases of PEM.

Influência da desnutrição proteica sobre a expressão de fatores de transcrição envolvidos no processo de diferenciação da célula tronco mesenquimal medular

“…O tecido hematopoético como todos os outros tecidos que apresentam alta taxa de renovação e proliferação celular requer uma variedade de nutrientes e pode ser alterado por deficiência nutricional (BORELLI et al, 2004;XAVIER et al, 2007;BORELLI et al, 2009 apresentando-se como uma estrutura compartimentalizada e dinâmica que, além de fornecer o parênquima de sustentação para as células hematopoéticas, permite um "ambiente bioquímico" fundamental para a proliferação, diferenciação e maturação das mesmas (MAYANI; GUILBERT; JANOWSA-WIECZOREK, 1992;OPAS, 1994). Dessa maneira, as existências de fatores regulatórios formam microambientes indutivos (TRENTIN, 1978;TESTA;DEXTER, 1990) que controlam a hematopoese pela produção e secreção local de citocinas pelas células do estroma, co-localização de citocinas para a CTH nos locais de contato célula -célula e, ou célula -MEC ou ainda, por estímulo direto pelo contato celular (RIOS; WILLIAMS, 1990;METCALF, 1992;OPAS, 1994 (NISHIMURA et al, 2008).…”

“…Os animais dos grupos controles receberam a ração normoprotéica; e os animais pertencentes aos grupos desnutridos, a ração hipoprotéica (DU; HIGGINBOTHAN;WHITE, 2000;BORELLI et al, 2007). Os animais foram submetidos aos ensaios experimentais quando o grupo desnutrido perdeu cerca de 20 % do peso inicial sendo que o peso e o consumo de ração foram avaliados a cada 48 horas .…”

“…A produção de células sanguíneas em um padrão constante depende do microambiente medular, estrutura organizada que regula a fisiologia da célula tronco hematopoética (CTH) (COWLING;DEXTER, 1995;McKENNA;COTTER, 1997;LAKSHMIPATHY;VERFAILLIE, 2005). O tecido hematopoético, como os tecidos que possuem uma alta taxa de renovação celular, requerem uma ampla fonte de nutrientes, e podem assim serem alterados em estados nutricionais deficientes (CHANDRA, 1991(CHANDRA, , 1992MARIANO;BOROJEVIC, 1995;WOODWARD, 1998;BORELLI et al, 2007;XAVIER et al, 2007).…”

“…Alterações estruturais e ultra-estruturais da MO, com evidente hipoplasia medular (BORELLI et al, 1995 e alterações histológicas da matriz extracelular (MEC), com alteração na proporção de proteínas, especialmente de fibronectina, trombospondina e laminina (VITURI et al, 2000), bem como diminuição do ciclo celular de células troncoprogenitoras hematopoéticas (BORELLI et al, 2009) também são alterações importantes evidenciados em nosso modelo. Tais alterações podem modificar a co-localização de uma série de fatores de crescimento e citocinas que poderiam interferir na regulação dos processos…”

“…Uma vez que, animais desnutridos apresentam hipoplasia severa de órgãos hematopoéticos e alterações do microambiente medular (BORELLI et al, , 2009XAVIER et al, 2007;FOCK et al, 2007) e que este microambiente apresenta distintos moduladores que atuam sinergicamente para influenciar a sobrevivência, proliferação e o desenvolvimento das células hematopoéticas em todos os seus níveis de diferenciação, investigamos a influência da desnutrição protéica sobre Células Tronco Mesenquimais, avaliando a capacidade de produção de citocinas e o comprometimento de fatores de transcrição envolvidos no processo de diferenciação dessas células.…”