Compreender as expansões ao nível da célula individual

Em dois estudos recentes, os investigadores analisaram como diferentes partes do cérebro são afetadas pelas expansões CAG na doença de Huntington (DH) ao nível das células cerebrais individuais. Os cientistas examinaram cérebros post-mortem de pessoas com e sem DH para rastrear alterações moleculares em diferentes regiões cerebrais chamadas córtex e estriado. Estes estudos forneceram novas perspetivas sobre o que contribui para a DH. Vamos aprofundar!

Áreas específicas do cérebro são propensas a danos na DH

Há muito tempo que sabemos que algumas áreas do cérebro são mais afetadas do que outras em pessoas com DH. Tipos específicos de células cerebrais nestas partes vulneráveis do cérebro tendem a morrer mais rapidamente do que outras, num processo conhecido como degeneração.

No entanto, as razões subjacentes para algumas células serem mais afetadas do que outras não são muito claras. Muitos investigadores de todo o mundo têm tentado descobrir isto, pois pode lançar luz sobre exatamente como a DH progride e dar-nos pistas sobre como a podemos tratar.

Em dois artigos recentes do mesmo laboratório da Universidade Rockefeller em Nova Iorque, os cientistas analisaram muito de perto as alterações moleculares que acontecem em diferentes tipos de células cerebrais na DH. Usando amostras cerebrais post-mortem generosamente doadas por pessoas com ou sem DH, a equipa separou cuidadosamente o tecido cerebral em células individuais.

Os dois estudos focaram-se em diferentes partes do cérebro; o primeiro concentrando-se numa região chamada córtex, e o segundo analisando células que compõem o estriado e cerebelo. Cada região cerebral é composta por muitos tipos diferentes de células, por isso usaram marcadores especiais para classificar todas as células e descobrir que células eram de que tipo. Conseguiram então medir todo o tipo de alterações moleculares dos diferentes tipos de células usando tecnologias genéticas de vanguarda.

Ligando a expansão somática ao início dos sintomas

Uma das alterações que os cientistas analisaram em cada célula foi o número CAG no gene da huntingtina. A DH é definida ao nível genético como pessoas que têm mais de 36 letras de ADN C-A-G repetidas no seu gene da huntingtina, com a maioria das pessoas com DH tendo 40-50 CAGs comparado com pessoas sem DH que têm cerca de 18 CAGs.

Há algum tempo que sabemos que em certos tipos de células este número CAG não é estável e vai mudar ao longo da vida de alguém, muitas vezes ficando muito mais longo. Este processo de aumentos CAG em algumas células é conhecido como expansão somática. É importante notar que as células sanguíneas são um tipo de célula com números de repetições CAG estáveis comparado com outros tipos de células. Por isso, se fizeste um teste genético aos 18 anos, esse número será quase certamente o mesmo se fizeres o teste novamente aos 50 anos.

A expansão somática tornou-se um tópico quente na investigação da DH quando estudos de modificadores genéticos, características que alteram a idade de início dos sintomas, apontaram para os genes exatos que pensamos controlar a expansão somática. Em conjunto, isto sugere que há uma ligação entre quão grande um número CAG fica durante a vida de alguém com DH e quão cedo irá experienciar sintomas da doença.

Graças aos tremendos avanços na tecnologia de sequenciação de ADN, podemos agora ver quão longo é o número CAG em cada célula individual. De facto, isto é exatamente o que a equipa da Rockefeller fez. Então o que descobriram?

Conclusões interessantes do córtex

No primeiro estudo publicado no início deste ano, os cientistas focaram-se numa parte do cérebro chamada córtex – a parte exterior do cérebro com todas as rugas. Estudos que fizeram exames cerebrais detalhados de pessoas com DH mostraram um afinamento desta parte do cérebro. Também descobriram que as ligações entre células cerebrais se perdem nesta parte do cérebro ao longo da doença e que as células tendem a morrer cedo. As alterações no córtex causam declínio cognitivo e sintomas psiquiátricos que muitas pessoas com DH experienciam.

Os cientistas descobriram que um tipo específico de célula cerebral, chamado neurónios de projeção corticoestriatais da Camada 5a (uau, que palavrão!), se perde em pessoas com DH. Estas células morrem cedo durante a doença, tanto em humanos como em macacos. Embora estas células se encontrem no córtex rugoso, conectam-se até ao centro do cérebro, ao estriado, a região mais vulnerável na DH.

Curiosamente, a equipa descobriu que os aumentos no número CAG acontecem em muitos tipos diferentes de células nervosas no córtex, incluindo aquelas que permanecem relativamente saudáveis. Os aumentos CAG foram vistos nas células cerebrais vulneráveis da Camada 5a mas também noutras células chamadas células de Betz, que não são tão gravemente afetadas pela DH. Isto levou os investigadores à conclusão de que ter um aumento no número CAG não é suficiente por si só para fazer as células ficarem doentes.

Surpresas do estudo do estriado

No segundo estudo, os investigadores focaram-se no estriado, uma região cerebral no centro das nossas cabeças e a parte do cérebro mais afetada pela DH. Um tipo de célula cerebral, chamado neurónios espinhosos médios ou MSNs, encontra-se nesta parte do cérebro e é conhecido pelos investigadores como sendo o mais vulnerável à morte em pessoas com DH.

Quando a equipa analisou o número CAG em tipos de células individuais desta parte do cérebro, descobriram que os MSNs tinham o maior aumento no seu número CAG. No entanto, outras células no estriado que não são tão afetadas na DH, como um tipo de célula nervosa chamada ChAT+, também tinham grandes alterações no seu número CAG.

Os investigadores analisaram células do cérebro de alguém com uma doença cerebral semelhante à DH chamada SCA3 (ataxia espinocerebelar tipo 3), que é causada por um aumento de CAGs num gene chamado Ataxin3. Pessoas com SCA3 sofrem perda de células cerebrais mas isto não é específico do tipo de célula MSN como é na DH.

Nesta doença, também descobriram que o número CAG aumentou nas células MSN, mas não noutros tipos de células cerebrais, mesmo que as células MSN nos cérebros destas pessoas não fossem tão afetadas. Isto significa que os MSNs podem ser particularmente propensos a expandir repetições CAG, independentemente de que gene tem as repetições CAG longas. No entanto, a repetição CAG em constante expansão pode não ser a razão direta pela qual essas células morrem.

Então o que significa tudo isto?

O que ambos estes estudos apontam é a ideia de que o aumento do número CAG na DH pode ser apenas um dos passos necessários para as células ficarem doentes. Por si só, a expansão somática pode ser insuficiente para causar a morte dessa célula, pois os investigadores relatam expansões CAG em células não vulneráveis à morte na DH, como as células de Betz.

Ambos os estudos também analisaram outras características destas células. Fizeram um mergulho profundo nos genes que são ligados ou desligados em cada célula em cérebros de pessoas com e sem DH. O que descobriram é que a DH causa alterações globais nos tipos de genes que estão ligados ou desligados. Isto também foi mostrado por muitos outros grupos de investigadores antes. Os investigadores pensam que estas alterações podem causar toxicidade, afetando a saúde das células, eventualmente contribuindo para a sua morte.

Os investigadores pensam que problemas de ligação também podem estar a contribuir para a morte celular. No córtex, encontraram alterações em células vulneráveis que mudam a forma como podem conectar e comunicar com células noutras áreas do cérebro. Esta desconexão não só reduz a capacidade de uma área cerebral comunicar com outra, mas também enfraquece as próprias células ao longo do tempo.

Outros grupos de investigação ainda estão a testar a hipótese de que a expansão somática é o principal motor da DH. Diferentes cientistas estão a usar diferentes tecnologias para medir os números CAG e pré-visualizações iniciais destes conjuntos de dados na reunião terapêutica recente sugerem que isto pode levar a resultados diferentes. Esperamos ver muito mais trabalho neste espaço no futuro.

Ciência só possível graças às famílias dos doentes

É realmente importante notar que quase todas as descobertas destes dois estudos muito importantes foram possíveis graças aos investigadores terem acesso a amostras cerebrais post-mortem extremamente preciosas. Em ambos os estudos, os cientistas compararam material cerebral de pessoas com ou sem DH, que faleceram, que generosamente doaram os seus cérebros à ciência para promover a investigação. Este é um ato altruísta incrível que tem impactos tremendos para a investigação compreender melhor a DH, com o objetivo final de um dia encontrar um medicamento para abrandar, parar ou reverter a doença.

Embora a doação de cérebro não seja algo com que todos possam estar confortáveis ou capazes de fazer, se isto é algo que estás interessado em fazer, a HDSA, HSC, o Brain Donor Project, e outras organizações de doentes, têm informação e recursos sobre o que esta decisão envolve e próximos passos.

Aprende mais

• Vulnerabilidade seletiva dos neurónios corticoestriatais da camada 5a na doença de Huntington (acesso aberto)
• Expansões de repetições CAG específicas do tipo celular e toxicidade da huntingtina mutante no estriado e cerebelo humanos (acesso aberto)