Vermes ao Resgate: Separar a Huntingtina Boa, Má e Aglomerada

A doença de Huntington (DH) é uma perturbação cerebral fatal causada por um defeito no gene da huntingtina (HTT), que produz uma proteína extra-longa. Este defeito faz com que a proteína HTT forme aglomerados prejudiciais, ou “agregados” dentro das células, um processo que é comum a outras doenças neurodegenerativas como o Alzheimer e o Parkinson. À medida que as proteínas se aglomeram, formam diferentes formas e estruturas, algumas mais prejudiciais do que outras.

É importante descobrir que tipo específico de aglomerado de proteína é o mais prejudicial para as células, porque diferentes formas podem causar danos de maneiras diferentes, e isto pode orientar o desenvolvimento de terapias para a DH. Num novo trabalho publicado numa revista de investigação em química, uma equipa de investigadores testou quão prejudiciais são as diferentes formas de aglomerados da proteína HTT. Também manipularam as propriedades destes aglomerados de proteína para tentar reduzir os seus efeitos prejudiciais. Então, o que descobriram, e o que significa isto para a DH?

Proteínas como tijolos de construção

Uma analogia para explicar os diferentes tipos de aglomerados de proteína é pensar nos tijolos usados na construção. As proteínas normais são como tijolos de construção cortados e empilhados adequadamente. Como tijolos partidos, as proteínas danificadas ou mutadas podem acumular-se de diferentes maneiras à medida que o tempo passa:

Oligómeros (os primeiros a formar aglomerados): pequenas pilhas desorganizadas de alguns tijolos deformados ou partidos, suficientemente pequenas para serem facilmente movidas.

Agregados Amorfos (Aglomerados desordenados): uma pilha confusa de todos os tipos de tijolos danificados diferentes despejados num canto que não tem uma estrutura definida e é difícil de mover.

Fibrilas Amiloides (Fibras ordenadas): uma pilha de tijolos que foi montada em partes de uma parede que não tem função, mas não pode ser facilmente movida ou desmontada.

As nossas células têm sistemas de controlo que funcionam como uma equipa de limpeza de construção que tenta classificar, reorganizar ou remover os tijolos danificados antes de se acumularem em pilhas problemáticas. No entanto, em doenças como a DH, este sistema de controlo pode ficar sobrecarregado. Com o tempo, há simplesmente demasiada HTT expandida para conseguirem acompanhar. Por outras palavras, há demasiados tijolos danificados.

Separação por rotação

Os investigadores queriam responder a uma pergunta fundamental: que tipo de aglomerado de HTT causa mais danos? Para descobrir, primeiro precisavam de uma forma de separar os diferentes tipos de aglomerados uns dos outros.

Usaram um dispositivo de rotação de laboratório (chamado centrífuga) que funciona como o ciclo de centrifugação de uma máquina de lavar roupa—separa materiais por peso. Tal como uma máquina de lavar atira a água para longe da roupa, rodar a diferentes velocidades separou os aglomerados de HTT por tamanho. A rotação suave separou os aglomerados grandes, enquanto a rotação mais rápida separou os aglomerados menores dos maiores.

Depois de separar os diferentes tipos de aglomerados de HTT, os investigadores deram-nos a pequenos vermes de laboratório chamados C. elegans (pronuncia-se “see EL-uh-ganz”) para testar quais aglomerados são os mais prejudiciais. Pode parecer estranho usar vermes para investigação da DH! Mas estes vermes são cavalos de trabalho da descoberta científica. Durante décadas, laboratórios em todo o mundo têm-nos usado para fazer descobertas revolucionárias sobre envelhecimento, longevidade e como as células se desenvolvem ao longo da vida.

Os C. elegans têm aproximadamente o comprimento de um traço (-), são quase transparentes e quase impossíveis de ver sem um microscópio. Nos laboratórios, vivem num líquido ou gel especializado conhecido como “meio”, contido num ambiente controlado que tem tudo o que precisam para sobreviver.

Os vermes comeram as diferentes formas de aglomerados de HTT e os investigadores mediram a sobrevivência e movimento dos vermes durante os 2 dias seguintes. Os resultados sugerem que os pequenos aglomerados (oligómeros) são os mais prejudiciais, reduzindo a sobrevivência e movimento dos vermes, enquanto as fibrilas maiores não causaram qualquer dano. Voltando à nossa analogia dos tijolos, parece ser essas pequenas pilhas móveis de tijolos partidos que causam mais problemas, não as grandes pilhas rígidas!

A estrutura afeta a toxicidade

Agora que sabiam que os pequenos aglomerados eram os tóxicos, os investigadores queriam perceber porquê. Testaram se alterar a estrutura destes aglomerados os poderia tornar menos prejudiciais.

Primeiro, “agrafaram” quimicamente os aglomerados para que não se pudessem mover tão facilmente. Os vermes sobreviveram mais tempo. Isto sugere que a flexibilidade destes pequenos aglomerados, a sua capacidade de mudar e alterar forma, é pelo menos parte do que os torna perigosos.

Também testaram dois compostos experimentais (EGCG e riluzole) que são conhecidos por afetar como as proteínas se aglomeram. Dependendo de quando os compostos foram adicionados, alteraram a sobrevivência dos vermes de diferentes maneiras. Isto diz-nos que o momento de interferir com a formação de aglomerados importa, e que diferentes intervenções criam aglomerados com diferentes níveis de toxicidade. É importante notar que estes compostos são ferramentas de investigação, não tratamentos potenciais, mas ajudam os cientistas a perceber o que está a acontecer com a proteína HTT.

Aplicar as descobertas à investigação futura

Esta investigação faz duas contribuições importantes. Primeiro, dá aos cientistas um método simples e reproduzível para separar e testar diferentes tipos de aglomerados de HTT, algo que outros laboratórios podem agora usar no seu próprio trabalho. Segundo, revela que a estrutura e flexibilidade dos aglomerados de proteína determina quão tóxicos são. Essa é uma perceção potencialmente poderosa! Se conseguirmos estabilizar ou rigidificar estes aglomerados, podemos conseguir reduzir os danos que causam.

A ideia de que “bloquear” proteínas tóxicas poderia proteger as células é um novo ângulo intrigante para terapias da DH, e potencialmente para outras doenças que envolvem aglomeração de proteínas, como o Alzheimer e o Parkinson. Claro, estas experiências foram feitas em vermes simples, por isso há um longo caminho pela frente antes de sabermos se esta abordagem poderia funcionar em pessoas.

Os próximos passos incluem acompanhar o que acontece a estes aglomerados tóxicos depois dos vermes os ingerirem. Continuam a aglomerar-se dentro das células? Que órgãos são afetados? Os investigadores também precisam de perceber melhor exatamente que formas de pequenos aglomerados são mais perigosas, e testar se esta abordagem funciona em animais mais complexos, como ratos. Se esses estudos forem bem-sucedidos, poderia eventualmente ajudar a desenvolver medicamentos concebidos para reduzir a toxicidade dos aglomerados de HTT.

Resumo

• A doença de Huntington (DH) é causada por um defeito no gene HTT que faz a proteína aglomerar-se dentro das células cerebrais. Aglomeração semelhante acontece noutras doenças cerebrais como o Alzheimer. Estes aglomerados formam-se de diferentes maneiras, alguns são pequenos e flexíveis (oligómeros) enquanto outros são grandes e rígidos (fibrilas).
• Os investigadores desenvolveram um método simples usando rotação para separar diferentes tipos de aglomerados de HTT para poderem testar cada tipo individualmente.
• Deram os aglomerados separados a pequenos vermes de laboratório e mediram como os vermes se saíram. Os pequenos aglomerados flexíveis foram altamente tóxicos para os vermes, enquanto os aglomerados grandes e rígidos não causaram danos.
• Quando os investigadores “agrafaram” quimicamente os pequenos aglomerados para os tornar menos flexíveis, os vermes sobreviveram mais tempo. Isto sugere que a flexibilidade é fundamental para o porquê destes aglomerados serem perigosos.
• Este trabalho dá aos cientistas uma nova ferramenta para estudar aglomerados de HTT e sugere uma estratégia de tratamento potencialmente nova. Se conseguirmos bloquear aglomerados de proteína tóxicos em formas menos flexíveis, podemos reduzir os danos que causam na DH e noutras doenças de aglomeração de proteínas.