Inte do cérebro de pacientes com esclerose lateral amiotrófica, uma doença neurodegenerativa debilitante, é um sinal revelador que marca quase todos os casos: tufos de proteínas tóxicas.
Agora, investigadores da Escola de Medicina da Universidade de Stanford e os seus colaboradores identificaram um gene chave por detrás da formação de um tipo destes agregados nocivos para os neurónios. Mostraram também como a inibição da função do gene limita a produção da proteína prejudicial.
“Sabemos que estes agregados ricos em proteínas são uma clara marca da ALS”, disse Aaron Gitler, PhD, professor de genética. “Mas esta descoberta permite-nos uma análise mais profunda de como esses agregados são feitos, e potencialmente como podemos dificultar esse processo”
O gene, RPS25, códigos para uma peça de maquinaria celular necessária para criar o gunk baseado em proteínas que se acumula em algumas formas de ALS e danifica neurónios saudáveis. Quando a actividade do gene foi experimentalmente esgotada – em leveduras, em neurónios derivados de pacientes com ALS e em moscas da fruta – Gitler e a sua equipa viram os níveis da proteína letal baixar em cerca de 50 por cento em toda a linha.
A equipa também testou a função de RPS25 em células humanas modelando a doença de Huntington e a ataxia espinocerebelar, duas outras doenças neurodegenerativas que têm “marcas” de agregação de proteínas semelhantes à ALS, disse Shizuka Yamada, uma estudante graduada no laboratório de Gitler. Aí também, inibir o gene ajudou a baixar os níveis de proteína má.
Ainda é cedo, disse Yamada, mas dificultar o gene RPS25 parece ser um alvo promissor para reduzir as proteínas destrutivas vistas na ALS e mesmo prolongar a vida, como se viu no modelo da mosca da fruta da ALS com baixos níveis de actividade do gene.
Foi publicado um artigo detalhando os resultados da investigação a 29 de Julho na Nature Neuroscience. Gitler, que detém a cátedra de Stanford Medicine Basic Science Professorship, é o autor sénior. Yamada é o autor principal.
Uma via alternativa
Tão conhecida como doença de Lou Gehrig, a ELA é uma condição que mata os neurónios motores, que são cruciais para todas as tarefas físicas, desde escovar o cabelo até à respiração. A causa raiz por detrás de cada caso nem sempre é a mesma; há uma série de factores genéticos que contribuem para o aparecimento da ELA. No entanto, um gene é frequentemente o culpado. Na ALS, alberga uma cadeia de ADN que se repete erroneamente.
São estas repetições de ADN que se transformam nas proteínas nocivas que se acumulam no cérebro. À medida que as proteínas se acumulam, interferem com neurónios saudáveis, bloqueando a capacidade das células de funcionarem normalmente.
Fora das suas propriedades tóxicas, o que é notável sobre os agregados proteicos é que não são feitos como outras proteínas encontradas no corpo, disse Yamada. “Estas repetições não devem, na verdade, ser feitas em proteínas”, disse Yamada. “Elas vêm do ADN que não é suposto codificar nada, e ainda assim, de alguma forma, as proteínas acabam por ser de qualquer forma”
p>Durante a formação de proteína de passagem, o ribossoma, uma espécie de máquina molecular que reside na célula, processa o RNA mensageiro, que contém código genético baseado no ADN, e transforma-o na matéria-prima de uma proteína. Este processo chama-se tradução, e é iniciado por um código no mRNA que mostra o ribossoma onde começar a traduzir. As repetições do ADN associado ao ALS não têm esse código de início, ao contrário do mRNA normal.
“Então a tradução regular não funciona com as repetições”, disse Yamada. Mas acontece que há uma solução molecular: um processo de tradução não convencional chamado tradução não associada à repetição, ou tradução RAN, que transforma as repetições ALS em corpos proteicos destrutivos.
Pôr os travões em RPS25
O mecanismo exacto da tradução de RAN e o seu papel na biologia humana não é claro, mas os cientistas sabem que ainda depende do ribossoma. Para melhor compreender o processo, Gitler e Yamada voltaram-se para a levedura, um organismo simples que ainda tem as principais proteínas e vias das células humanas. Um de cada vez, os investigadores diminuíram a função dos genes individuais da levedura e monitorizaram a função RAN do fungo. Quando subjugados, vários genes balançaram a função RAN, mas um em particular, o RPS25, destacou-se. Com o gene impedido, a produção da proteína tóxica caiu 50%.
Os investigadores também viram um mergulho de 50% na proteína tóxica quando testaram como os neurónios derivados de pacientes com ALS se alimentavam sem RPS25.
É sempre bastante fresco quando a biologia da levedura pode informar directamente a biologia humana.
“Ficámos realmente entusiasmados ao ver a diminuição das proteínas repetidas transportadas para as células humanas”, disse Yamada. “É sempre muito fixe quando a biologia da levedura pode informar directamente a biologia humana”. Como estas células vieram de pacientes que sofrem de ELA, a investigação ofereceu uma visão fiável de como os neurónios dos indivíduos com ELA responderiam a níveis mais baixos de RPS25, disse ela.
“Através de análises genómicas, pudemos ver que as repetições associadas à ELA ainda lá estavam; as sequências não tinham mudado”, disse Yamada. “O que estava a mudar era a produção do ribossoma; as repetições não estavam a ser transformadas em proteínas tóxicas com a mesma frequência”
Bater uma parte da máquina de produção de proteínas da célula pode parecer arriscado, mas acontece que um gene RPS25 defunto não estraga a produção normal de proteínas. No entanto, os investigadores também mostraram que um gene RPS25 inactivo afecta mais do que apenas a repetição da ALS; o gene disfuncional também afecta a produção errada de proteínas em modelos celulares da doença de Huntington e da ataxia espinocerebelar, duas doenças neurodegenerativas que têm agregados proteicos semelhantes à ALS.
Movendo-se para mais complexidade
Finalmente, os investigadores voltaram-se para modelos de ALS da mosca da fruta para investigar como o esgotamento da RPS25 afectava o insecto em geral. Não só viram uma diminuição semelhante nos níveis de proteínas tóxicas, como também um aumento da esperança de vida das moscas que não tinham RPS25 totalmente funcional. As moscas que abrigavam tanto a mutação ALS como um gene RPS25 funcional morreram em média no 29º dia, enquanto as que tinham a mutação ALS e quantidades inferiores de RPS25 viveram em média durante 38 dias. Uma mosca da fruta saudável vive em média cerca de 50 dias.
Os resultados são intrigantes, disse Yamada, mas antes que os cientistas possam começar a perseguir o RPS25 como um alvo da droga, a equipa tem algumas caixas para assinalar. A equipa está agora a investigar como um modelo animal mais complexo – como um rato – seria justo sem o RPS25.
“Com as moscas da fruta, adulterámos o gene; não o removemos completamente”, disse Yamada. “Se um animal pode sobreviver sem o gene inteiramente é uma grande parte do nosso próximo passo”
Furthermore, disse Yamada, ela e Gitler ainda estão atrás de uma imagem mais clara da tradução de RAN em humanos, em geral. “Será que isso só ocorre em condições neurogenerativas? Ou será que existe um papel mais amplo para ela em indivíduos saudáveis?” disse ela. “Ainda não sabemos a resposta a essas perguntas, e será crucial descobrir antes de prosseguir a RPS25 como um alvo terapêutico.”
Outros co-autores do estudo de Stanford são os estudantes de pós-graduação Naomi Genuth e Nicholas Kramer; a académica de pós-doutoramento Rosslyn Grosely, PhD; a técnica de investigação Lisa Nakayama; a estudante de liceu Shirleen Fang; a assistente de investigação Tai Dinger; Maria Barna, PhD, professora assistente de genética e de biologia do desenvolvimento; e Joseph Puglisi, PhD, professor de biologia estrutural.
Investigadores da Mayo Clinic, do University College London e da University of Southern California também contribuíram para a investigação.
Gitler é membro da Stanford Bio-X e do Instituto Wu Tsai de Neurociências de Stanford.
O trabalho foi financiado pelos Institutos Nacionais de Saúde (bolsas R35NS097263, AI099506, AG064690, R35NS097273, P01NS099114, 2T32HG000044 e R01NS097850), a U.S. Department of Defense, the Muscular Dystrophy Association, the European Research Council and Alzheimer’s Research UK.
Departamentos de Genética, de Biologia, de Biologia do Desenvolvimento e de Biologia Estrutural de Stanford também apoiaram o trabalho.
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