Poda de Precisão com PROTACs: Alvo Seletivo da Huntingtina Tóxica

Na natureza, os organismos dominantes são conhecidos por se apoderarem dos recursos naturais de uma área. Por exemplo, uma árvore que cresce muito ao longo do tempo fica exposta a grandes quantidades de luz solar. No entanto, se uma muda for plantada ao lado da árvore alta, não terá o mesmo acesso ao sol e poderá não sobreviver. Nas células, as proteínas mal dobradas podem interagir umas com as outras para formar aglomerados pegajosos, também conhecidos como agregados, que podem agir como um organismo dominante. Em doenças como a doença de Huntington (DH), estes aglomerados podem consumir energia e recursos na célula, causando stresse proteico e, em última análise, contribuir para a morte celular.

Num estudo recente, os cientistas criaram um composto químico que decompõe os aglomerados de huntingtina HTT expandida em células e modelos de ratinhos com DH. Este composto químico encontra os aglomerados de HTT e marca-os para serem decompostos ou degradados. Podar apenas os aglomerados de HTT expandida e deixar a HTT saudável pode, em última análise, melhorar a saúde celular. Vamos analisar mais de perto o que este estudo descobriu.

Selecionar a muda

Na DH, uma sequência repetida do código genético C-A-G faz com que seja produzida uma forma expandida da proteína HTT. A HTT expandida é extra-longa e dobra-se numa forma ligeiramente diferente da forma regular da HTT. A nova forma da HTT pode levar à formação de aglomerados de HTT, que se suspeita aumentarem o stresse proteico, o que pode levar à morte celular. Uma ideia é eliminar estes aglomerados tóxicos de HTT, mas isso traz o seu próprio conjunto de desafios.

As pessoas com DH produzem tanto HTT regular como expandida. Como a HTT regular desempenha papéis importantes na saúde e função celular, preservar uma parte dela pode ser importante. Imagina que um silvicultor quer dar mais luz solar a uma muda especial, por isso pulveriza um herbicida que destrói todas as plantas da zona. O produto químico eliminaria a árvore alta, mas a muda provavelmente também não sobreviveria. Em vez disso, o silvicultor precisa de encontrar uma forma de remover a árvore alta sem prejudicar a muda. Da mesma forma, os cientistas estão a explorar tratamentos que se focam em eliminar a proteína HTT expandida, mantendo a forma regular e saudável da HTT.

Visar a árvore alta

Como é que visamos a HTT expandida mas não a HTT regular? Num estudo do laboratório de Jen-Tse Huang em Taiwan, os investigadores conceberam um composto chamado PROTAC 2’ (pronuncia-se pro-tack dois linha) que consegue fazer exatamente isso em modelos laboratoriais de DH. O PROTAC 2’ encontra aglomerados de HTT expandida que têm uma forma distinta da HTT regular e agarra-se a eles.

O laboratório de Huang concebeu o PROTAC 2’ não só para reconhecer a HTT expandida, mas também para a levar para o mecanismo de eliminação de resíduos da célula para ser decomposta. É como se o silvicultor levasse os herbicidas consigo quando procurasse a árvore. Isto é muito mais eficiente do que localizar a árvore, voltar para ir buscar os produtos químicos e esperar lembrar-se de onde a encontrou. Como o PROTAC 2’ agarra os aglomerados de HTT expandida E o mecanismo de eliminação de resíduos existente na célula, os aglomerados podem ser decompostos e eliminados mais facilmente.

Limpeza de aglomerados tóxicos de HTT expandida nas células

A HTT expandida pode existir em diferentes formas. Os investigadores definem por vezes estas formas com base na sua capacidade de se dissolverem em diferentes líquidos, ou na forma como se comportam quando marcadas com “etiquetas” químicas coloridas. Os aglomerados de HTT expandida que não se dissolvem facilmente ou que estão densamente compactados são frequentemente chamados de “insolúveis”. A proteína HTT expandida também pode existir numa forma “solúvel”. Existem algumas evidências de que a forma insolúvel da HTT expandida pode ser mais tóxica.

Em células numa placa de Petri que foram tratadas com PROTAC 2’, os investigadores encontraram níveis mais baixos de aglomerados insolúveis de HTT expandida, enquanto os níveis das outras formas de HTT permaneceram iguais. Isto sugere que o PROTAC 2’ está a ajudar as células a verem-se livres dos aglomerados de HTT expandida, sem afetar outras formas da proteína — exatamente como os investigadores esperavam!

O laboratório de Huang também estava interessado em saber como as células respondiam aos níveis mais baixos de aglomerados de HTT expandida. Em células tratadas com PROTAC 2’, os investigadores encontraram um aumento na sobrevivência celular e menos evidências de stresse. Isto sugere que o tratamento das células com PROTAC 2’ pode ajudar a reduzir alguns dos problemas na célula que associamos à DH.

Abrandar a progressão da DH em ratinhos

Os investigadores também injetaram PROTAC 2’ em ratinhos que modelam a DH para ver se o PROTAC 2’ conseguia reduzir os seus sintomas semelhantes aos da DH. Estes ratinhos são modificados para transportar o gene da DH humana com uma expansão de cerca de 120 repetições CAG. Isto leva à formação de aglomerados de HTT expandida e inflamação no cérebro, bem como à perda progressiva de peso, declínio motor e uma esperança de vida muito mais curta em comparação com ratinhos que não têm o gene da DH.

Antes de trabalharem com os ratinhos doentes, os investigadores aprenderam mais sobre a segurança e as ações do PROTAC 2’ injetando esta molécula em ratinhos que não eram portadores da mutação da DH. Em seguida, trataram ratinhos que modelam a DH e descobriram que os ratinhos que receberam PROTAC 2’ tinham menos aglomerados de HTT, melhorias noutros marcadores cerebrais e sintomas, e uma esperança de vida mais longa em comparação com os ratinhos com DH não tratados. Isto sugere que o tratamento com PROTAC 2’ pode estar a atrasar os efeitos da progressão da DH neste modelo da doença.

Olhando para o futuro

Investigadores do laboratório de Huang conceberam um composto que recruta tanto os aglomerados de HTT como o mecanismo de degradação para o mesmo local. Tal como um silvicultor que protege uma muda valiosa, o PROTAC 2’ decompõe eficazmente os aglomerados nas células, poupando a huntingtina regular. Isto abrandou a progressão dos sintomas semelhantes aos da DH em ratinhos, e os autores sugerem que os PROTACs podem ter potencial como terapia no futuro.

Embora tenham conseguido demonstrar o potencial destas moléculas em ratinhos, há muito mais a fazer antes de podermos avançar para a aplicação desta abordagem em pessoas. Um desafio é o facto de os PROTACs estarem no escalão superior de tamanho das moléculas do tipo fármaco, e pode ser difícil para eles penetrarem profundamente no tecido cerebral, o que é um problema maior num cérebro (humano) maior. Além disso, este estudo não comparou diretamente ratinhos saudáveis e doentes — e é possível que a DH possa alterar a capacidade do PROTAC de entrar no tecido cerebral. Seriam também necessários estudos mais amplos para compreender melhor como o PROTAC 2’ influencia outros processos afetados pela DH, como a produção de energia.

No entanto, a decomposição de aglomerados de proteínas tóxicas é uma estratégia que está a ser explorada em várias doenças cerebrais, e é entusiasmante ver que pode ter efeitos positivos em ratinhos com DH. Os autores observam que as abordagens de limpeza baseadas em proteínas poderiam remover parte do culpado tóxico com menos potencial de danos a longo prazo do que estratégias como a terapia genética.

Resumo

• O PROTAC 2’ visa seletivamente os aglomerados de HTT expandida para o caixote do lixo das células, poupando a HTT regular
• Funciona recrutando o mecanismo de limpeza de resíduos para os aglomerados de proteínas tóxicas
• Nas células, este tratamento reduziu os aglomerados insolúveis de HTT expandida e diminuiu o stresse
• Em ratinhos que modelam a DH, o PROTAC 2’ reduziu os problemas de movimento e outras características da doença, e aumentou a esperança de vida