Regular a repetição: Ganhar controlo das repetições CAG pode retardar a progressão da doença de Huntington
Muitas doenças são causadas por sequências de ADN repetitivas. Compreender a regulação dessas sequências repetitivas pode ser a chave para desbloquear terapêuticas para a doença de Huntington. Uma equipa de Toronto acaba de avançar a nossa compreensão.
A “expansão somática” é um tópico quente na investigação da doença de Huntington. A expansão somática é um processo no qual as repetições CAG se alongam em algumas células durante o envelhecimento. Pensa-se que controla quando os sintomas da DH aparecem. Um grupo de investigadores de Toronto, Canadá, identificou recentemente proteínas que podem desempenhar um papel importante na regulação deste processo. Compreender como estas proteínas regulam a expansão somática na doença de Huntington pode ser a chave para desbloquear terapêuticas para doenças de repetições CAG.
A repetição é (a) chave
A doença de Huntington (DH) é referida como uma “doença de expansão de repetições CAG” – é causada por um aumento no número de repetições CAG no gene da huntingtina. Toda a gente tem o gene da huntingtina – na verdade, toda a gente tem até uma sequência CAG repetitiva dentro do seu gene da huntingtina. É só que as pessoas que vão desenvolver DH têm mais CAGs dentro do gene da huntingtina comparado com pessoas sem DH.
Mas a DH não é a única doença causada por repetições CAG. Há mais de 70 doenças diferentes associadas à degradação de células nervosas que são causadas por sequências de ADN repetitivas! De certa forma, isto é bom, porque podemos olhar para a investigação nestas outras doenças e encontrar semelhanças para aprender mais sobre a DH.
Uma coisa em comum com muitas destas doenças causadas por sequências de ADN repetitivas é algo chamado “instabilidade somática”, também chamada “expansão somática”. Este é um fenómeno biológico onde uma sequência de ADN repetitiva fica maior em algumas células à medida que a pessoa envelhece. Esta expansão contínua da sequência CAG causadora da doença na DH pensa-se que contribui para a progressão acelerada da doença. O HDBuzz escreveu recentemente sobre expansão somática, que podes ler aqui.
Para a DH, a expansão somática da sequência de repetições CAG no gene da huntingtina acontece preferencialmente nas células cerebrais. Especificamente nas células cerebrais que são vulneráveis a morrer à medida que alguém com DH envelhece. A investigação científica emergente parece sugerir que se conseguirmos controlar a expansão perpétua de CAGs no gene da huntingtina, podemos conseguir manter as células cerebrais saudáveis e atrasar quando os sintomas aparecem. Num mundo perfeito, até empurrar isso para o reino do nunca. Mas para fazer isso, primeiro temos de compreender os detalhes biológicos intrincados por trás da expansão somática na DH.
Como é que os CAGs são adicionados exatamente?
O ADN é composto por 2 cadeias complementares de material genético, criando uma dupla hélice. Isto pode evocar imagens de uma fita suavemente entrelaçada e giratória da biologia do 8º ano. Cada cadeia contém letras do código genético – C, A, G, ou T – que se encaixam com o código genético na cadeia complementar como peças de Lego.
“A investigação científica emergente parece sugerir que se conseguirmos controlar a expansão perpétua de CAGs no gene da huntingtina, podemos conseguir manter as células cerebrais saudáveis e atrasar quando os sintomas aparecem.”
Quando as células precisam de fazer uma proteína codificada por um determinado gene, as cadeias de ADN são desenroladas, e as peças de Lego são desbloqueadas. Depois da proteína ser feita, as cadeias de ADN voltam a juntar-se, com as cadeias complementares a encontrar os seus parceiros alfabéticos originais.
No entanto, quando o ADN contém uma sequência repetitiva, como uma longa cadeia de CAGs repetidos uma e outra vez, pode ser difícil discernir exatamente que peça de Lego foi onde. Isto pode causar algum desalinhamento do código genético e corresponder com a cadeia complementar à frente de onde deveria. Isto cria uma estrutura em loop – uma cadeia fica boa e direita, e a outra tem uma peça de ADN em loop sem par. Isto é um grande não-não na biologia celular…
Há uma razão pela qual a tua mente evoca a fita suave e entrelaçada quando “dupla hélice” é mencionada. As cadeias de ADN ligam-se sempre ao seu par complementar. O ADN nunca é de cadeia simples. Quando é, as proteínas intervêm imediatamente, cortando ou adicionando ADN à estrutura em loop que ameaça a forma natural elegante e suavemente torcida do ADN.
Frequentemente, para garantir que as cadeias de ADN correspondem novamente perfeitamente com os seus pares alfabéticos, letras adicionais são adicionadas – como adicionar Legos adicionais para garantir que cada um se alinha com as peças correspondentes do outro lado. Isto garante que ambas as cadeias de ADN têm pares correspondentes de cada lado. Para o gene da huntingtina, isto pode significar que repetições CAG adicionais são adicionadas, e a expansão de repetições CAG fica mais longa. O resultado é frequentemente o início mais precoce dos sintomas da DH. Compreender como a célula decide se corta ou adiciona letras de ADN a uma estrutura em loop pode ser a chave para compreender a expansão somática, e para a controlar.
Decisões de edição celular definidas
Investigadores no Hospital for Sick Children (SickKids) em Toronto, Canadá, identificaram recentemente proteínas que desempenham um papel chave no processo de decisão celular de cortar ou adicionar ADN aos loops. Este trabalho, liderado pelo Dr. Terence Gall-Duncan e dirigido pelo Dr. Christopher Pearson, foi recentemente publicado na prestigiosa revista científica Cell. O trabalho da equipa do SickKids adiciona à nossa compreensão da instabilidade somática na DH enquanto identifica proteínas que podem ser visadas para ganho terapêutico.
A equipa decompôs a ciência por trás de uma proteína chamada RPA – proteína de replicação A. O trabalho da RPA na célula é ligar-se ao ADN quando a hélice é desenrolada e está de cadeia simples. Há uma versão diferente da RPA que é única aos humanos e macacos, criando uma versão alternativa da RPA chamada Alt-RPA. Ambas as versões, RPA e Alt-RPA, ligam-se aos loops de ADN, como os que são criados quando os CAGs no gene da huntingtina não conseguem encontrar o seu par quando as cadeias de ADN são separadas.
As experiências neste novo artigo mostram que quando as células têm mais Alt-RPA, as expansões CAG ficam maiores. Mas quando a versão padrão da RPA está presente, menos expansões CAG são adicionadas. Então parece que a Alt-RPA controla a decisão celular de adicionar ADN aos loops enquanto a RPA decide cortar!
Algo mais interessante sobre esta descoberta é que a Alt-RPA só é encontrada em macacos e humanos, com níveis muito fortes encontrados em humanos – a única espécie a ter DH. Isto pode ser um início para compreender porque é que a DH especificamente e só afeta humanos.
A equipa fez um estudo de interação em larga escala para identificar outras proteínas com as quais a RPA e Alt-RPA estavam a interagir. Descobriram que a Alt-RPA interagia especificamente com proteínas que regulam a instabilidade de repetições CAG! Uma das proteínas mais marcantes identificadas que interage especificamente com a Alt-RPA foi a MSH3.
“Descobriram que a Alt-RPA interagia especificamente com proteínas que regulam a instabilidade de repetições CAG!”
A MSH3 é um regulador principal da idade de início dos sintomas na DH e foi originalmente identificada a partir de amostras dadas por milhares de famílias com DH para um estudo chamado Gem-HD. Ter muitas amostras de famílias com DH, de estudos como o GeM-HD e Enroll-HD, avançou rapidamente a identificação de genes que modificam a idade de início dos sintomas, como a MSH3. Este novo trabalho do grupo do SickKids pode ser a ligação para compreender como a MSH3 ajuda a controlar a expansão somática no gene da huntingtina.
A equipa testou o efeito de alterar os níveis de RPA em ratos que modelam uma doença semelhante à DH – ataxia espinocerebelar (SCA1), que também é causada por uma repetição CAG. Quando aumentaram os níveis da versão padrão da RPA, os sintomas dos ratos SCA1 melhoraram, incluindo a instabilidade das suas repetições CAG.
O que é que isto tudo significa para a DH?
Há várias empresas atualmente a trabalhar em medicamentos como opção de tratamento para a DH que visam a MSH3 como um modificador associado à instabilidade somática. A Voyager Therapeutics está a trabalhar para desenvolver um vírus inofensivo que visa a MSH3 que pode ser injetado no sangue para chegar ao cérebro. A LoQus23 Therapeutics está a trabalhar para visar a MSH3 usando pequenas moléculas que podem ser tomadas como comprimido. A Pfizer também saltou para o comboio da MSH3 e está a testar medicamentos para avançar para ensaios clínicos.
Estes novos resultados da equipa do SickKids não significam que estejamos prontos para adicionar a RPA ou Alt-RPA à linha de medicamentos ainda. Este trabalho ainda precisa de ser testado em ratos que modelam a DH para ver se alterar estas proteínas pode melhorar o comportamento e efeitos moleculares associados à DH. No entanto, aproximam o mundo da investigação de compreender o mecanismo preciso que controla a instabilidade somática. Saber exatamente como a célula toma a decisão de adicionar ou cortar ADN quando uma estrutura em loop é formada abre a porta para desenhar mais medicamentos para testar em ensaios, não apenas aqueles que visam a MSH3.
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