A mexer no bolso da MSH3: novas pistas sobre a expansão das repetições CAG

Na DH, proteínas de reparação do ADN como a MSH3 podem, por vezes, fazer com que a repetição CAGrepetição CAG A porção de ADN no início do gene DH, que contem a sequência CAG repetida muitas vezes, e que é anormalmente longo nas pessoas que vão desenvolver DH. cresça acidentalmente ao longo do tempo. Cientistas do Reino Unido mostraram que visar um pequeno “bolso” de ligação ao ADN na MSH3 abranda este processo, abrindo um novo caminho para o desenvolvimento de terapiasterapias tratamentos.

A doença de Huntington (DH) é causada por um segmento de letras de ADN repetidas, C-A-G, dentro do gene huntingtin. Há muito tempo que sabemos que estas repetições são prejudiciais, mas nos últimos anos aprendemos também que são instáveis e podem continuar a alongar-se ao longo do tempo. Este processo, conhecido como instabilidade somática, é cada vez mais reconhecido como um potencial motor da DH. Evidência crescente sugere que, à medida que as repetições CAG se expandem em alguns neurónios vulneráveis, acabam por atingir comprimentos tóxicos, contribuindo para danos nas células cerebrais e para o agravamento dos sintomas.

Um grande avanço na compreensão da instabilidade somática foi a descoberta de que proteínas responsáveis por reparar ADN danificado também podem ser peças-chave deste processo. Em vez de protegerem o genomagenoma nome dado a todos os genes que contêm as instruções completas para criar uma pessoa ou outro organismo, por vezes podem ajudar as repetições CAG a expandir-se. Ao visar um “bolso” de ligação ao ADN numa destas proteínas, a MSH3, uma equipa de cientistas do Reino Unido liderada por Sarah Tabrizi mostrou que conseguia abrandar a expansão das repetições CAG. Em conjunto, estas experiências esclarecem como a MSH3 impulsiona a expansão das repetições CAG e sugerem que pode ser possível interferir com este processo, mantendo intactas mais funções normais de reparação do ADN da MSH3.

Porque é que as repetições CAG continuam a crescer?

Como os leitores da HDBuzz talvez tenham reparado, a instabilidade somática tornou-se uma das maiores áreas de investigação na DH, mas a nossa compreensão do processo ainda está a evoluir. Grandes estudos genéticos em humanos mostraram que pequenas variações na “ortografia” de genes de reparação do ADN podem ter efeitos surpreendentemente grandes na idade em que os sintomas da DH começam. Outras pistas vieram da biologia molecular e estrutural, de modelos animais e de experiências em células, onde os cientistas podem remover genes ou alterar subtilmente proteínas e observar o que acontece à expansão das repetições CAG.

Muitos destes estudos apontam para o mesmo grupo de proteínas: a maquinaria de reparação do ADN da célula. O trabalho delas é patrulhar o nosso ADN, à procura de danos e a corrigir erros antes que causem problemas. Algumas destas proteínas podem juntar-se em equipas conhecidas como complexos proteicos, criando máquinas moleculares de reparação do ADN. Na DH, no entanto, parecem ficar bloqueadas pela repetição CAGrepetição CAG A porção de ADN no início do gene DH, que contem a sequência CAG repetida muitas vezes, e que é anormalmente longo nas pessoas que vão desenvolver DH. expandida, que pode formar um loop inesperado e saliente. Em vez de repararem o problema, as tentativas de o corrigir acabam por tornar a repetição mais longa.

Ainda não temos a certeza de porque é que isto acontece. Alguns cientistas estão a tentar compreender a biologia por trás do fenómeno, enquanto outros se focam em encontrar formas de interromper o processo, muitas vezes reduzindo ou bloqueando membros-chave desta equipa de reparação defeituosa.

Onde a MSH3 encontra o ADN

Uma das proteínas que surgiu como peça-chave chama-se MSH3. Faz parte de um importante complexo de reparação do ADN e é boa a reconhecer loops ou saliências invulgares no ADN. Na DH, este trabalho parece sair pela culatra, ajudando a impulsionar a adição de CAG extra.

Já sabemos que baixar a MSH3 em células e em modelos animais de DH pode abrandar a expansão das repetições CAG. Aliás, várias empresas estão a desenvolver terapiasterapias tratamentos que visam os níveis de MSH3 como forma de abrandar a instabilidade somática, enquanto outras estão a atacar a atividade “motora” da máquina molecular da MSH3. Mas há outra abordagem: perceber melhor como, exatamente, a MSH3 se dá com o ADN — e se essa interação pode ser interrompida sem eliminar a proteína por completo.

Os estudos identificaram um pequeno bolso de ligação ao ADN na MSH3, onde uma ranhura na superfície da proteína faz contacto com loops de ADN esquisitos, como os que se formam quando há demasiadas repetições CAG. Neste estudo, os investigadores fizeram pequenas alterações à superfície do bolso para perceber como afetar a ligação ao ADN poderia alterar a expansão das repetições CAG. Se a expansão for reduzida, talvez se possam desenhar fármacos para bloquear este bolso e impedir a MSH3 de se agarrar ao ADN no sítio errado.

A pôr o bolso à prova

Para testar se este bolso de ligação ao ADN é mesmo importante, os cientistas criaram um modelo celular especializado. Estas células tinham um fragmento de huntingtin com um segmento extra-longo de repetições CAG (118) que se alongava de forma previsível ao longo do tempo. Também permitiam aos investigadores controlar os níveis de MSH3 e fazer pequenas alterações à própria proteína.

As proteínas são construídas a partir de vinte blocos químicos diferentes chamados aminoácidos. Dois deles, tirosina (Y) e lisina (K), ficam lado a lado dentro do bolso de ligação ao ADN da MSH3 e ajudam-na a reconhecer loops irregulares de ADN. Usando engenharia genética, os investigadores substituíram estes aminoácidos por outros diferentes para perceber o que acontece quando a MSH já não consegue agarrar o ADN da mesma forma.

Os resultados foram impressionantes. Alterar apenas estes dois aminoácidos quase parou por completo a expansão das repetições CAG. Os investigadores também mostraram que isto não aconteceu porque a MSH3 tivesse deixado de funcionar por completo. A proteína continuava a ser produzida normalmente e ainda conseguia associar-se a outras proteínas no complexo de reparação do ADN. Em vez disso, as alterações impediram a MSH3 de se ligar aos loops anormais de ADN formados por repetições CAG expandidas.

Dá para transformar este bolso num alvo de fármaco?

Mostrar que o bolso de ligação é importante é o primeiro passo. A pergunta seguinte é se pode ser visado por um fármaco. A seguir, os investigadores recorreram a uma pequena molécula chamada CP1. Já se tinha mostrado anteriormente que este composto se cola perto do bolso da MSH3 e perturba a sua capacidade de se ligar ao ADN. O CP1 não é um fármaco pensado para tratar uma doença; é um longo caminho até criar, selecionar e testar moléculas que cumpram esses critérios! Em vez disso, podes encará-lo como um composto-ferramenta que os cientistas podem usar para investigar a MSH3.

Para testar o CP1, os investigadores montaram uma armadilha experimental. Criaram um pequeno fragmento de ADN contendo o tipo de loop CAG que a MSH3 normalmente reconhece e usaram-no como “isco” molecular. Como esperado, a MSH3 agarrou-se ao isco, mas após o tratamento com CP1, foi apanhada muito menos proteína.

E isto não foi apenas um truque bioquímico. O CP1 também reduziu a interação entre a MSH3 e loops de ADN com CAG em células vivas, incluindo neurónios derivados das células estaminaisCélulas estaminais Células que se conseguem dividir em células de diferentes tipos de uma pessoa com DH. Mais importante ainda, o composto CP1 abrandou a instabilidade somática em todos estes sistemas experimentais.

Uma forma mais precisa de visar a MSH3

Há algum tempo que sabemos que a MSH3 é um alvo atrativo para abrandar a instabilidade somática, e várias empresas já estão a desenvolver terapiasterapias tratamentos concebidas para reduzir os níveis de MSH3. No entanto, como a MSH3 normalmente ajuda a reparar ADN danificado, há preocupações compreensíveis em desligar por completo uma proteína que ajuda a proteger o nosso genomagenoma nome dado a todos os genes que contêm as instruções completas para criar uma pessoa ou outro organismo. Este artigo explorou uma ideia diferente: em vez de eliminar a MSH3, será que os cientistas poderiam simplesmente impedir que ela interagisse com as estruturas anormais de ADN que impulsionam a expansão das repetições CAG?

A resposta parece ser sim. Ao visar um pequeno bolso de ligação ao ADN, os investigadores conseguiram abrandar a instabilidade somática, mantendo intacta a função normal da MSH3, e demonstraram-no em vários sistemas.

Algumas coisas importantes para guardares no bolso

Há algumas ressalvas importantes a ter em conta. Isto ainda é investigação numa fase muito inicial. Os cientistas adaptaram de forma inteligente modelos e ferramentas já existentes, incluindo células com repetições CAG a expandirem-se rapidamente, níveis ajustáveis de MSH3 e “isco” de ADN em loop, para colocar perguntas importantes sobre a instabilidade somática. É um passo rumo a uma compreensão mais profunda, mas será preciso mais trabalho para determinar se as conclusões se aplicam ao ambiente complexo do cérebro e, em última análise, às pessoas com DH.

A pequena molécula usada no estudo também tem limitações. Embora o CP1 encaixe convenientemente no bolso da MSH3, é uma ferramenta de investigação, não um candidato a fármaco, e usá-lo em doses mais altas foi, na verdade, um pouco tóxico para as células. Embora tenha claramente perturbado a interação entre a MSH3 e o ADN com CAG, também parece reduzir ligeiramente os níveis de MSH3, o que torna difícil separar completamente estes dois efeitos. Provavelmente serão necessários compostos mais seletivos para avançar rumo à clínica.

Apesar destas limitações, este estudo representa um avanço importante. Fornece evidência de que perturbar um bolso específico de ligação ao ADN na MSH3 pode ser suficiente para abrandar a expansão das repetições CAG. Este trabalho identifica o bolso de ligação ao ADN da MSH3 como um novo alvo terapêutico atrativo — e abre a porta a uma nova direção promissora para abrandar a instabilidade somática na DH.

Resumo

• A MSH3 é uma proteína de reparação do ADN que pode, acidentalmente, fazer com que as repetições CAG cresçam ao longo do tempo, contribuindo potencialmente para a doença de Huntington.
• Os cientistas identificaram um pequeno bolso na MSH3 que a ajuda a agarrar estruturas invulgares de ADN formadas por repetições CAG expandidas.
• Alterar este bolso ou bloqueá-lo com um composto de investigação abrandou a expansão das repetições CAG em células.
• Isto pode oferecer uma nova forma de abrandar a expansão das repetições CAG sem remover a MSH3 por completo, embora seja necessária mais investigação antes de esta abordagem poder tornar-se um tratamento.