Cientistas descobrem novos impulsionadores moleculares da doença de Alzheimer

De acordo com os Centros de Controle e Prevenção de Doenças dos EUA, pelo menos 5,8 milhões de americanos vivem atualmente com a doença de Alzheimer, que é a forma mais comum de demência. Não há cura para o Alzheimer, em parte porque os cientistas ainda não têm uma compreensão completa do que causa a doença. Mas um novo estudo da Scripps Research está lançando luz sobre os fatores moleculares que poderiam contribuir para a progressão do Alzheimer.

No estudo, publicado na Advanced Science, os pesquisadores usaram uma nova técnica para estudar células cerebrais vivas e isoladas afetadas pela doença de Alzheimer. Ao medir a atividade elétrica de neurónios individuais e os níveis de proteína dentro desses neurónios, os cientistas descobriram novas moléculas ligadas à doença de Alzheimer. A esperança é que estas moléculas possam ser alvo de medicamentos para tratar ou retardar a progressão da doença neurodegenerativa no futuro.

Estreita colaboração entre os professores da Scripps Research, incluindo o neurologista clínico Stuart Lipton, MD, Ph.D., o especialista em proteínas John Yates, III, Ph.D., e o bioinformático Nicholas Schork, Ph.D., (que também é vice-diretor e ilustre professor de medicina quantitativa no Translational Genomics Research Institute, ou TGen) permitiu que os cientistas desenvolvessem esse feito biotecnológico.

"Foi surpreendente para mim que pudéssemos pegar uma célula, medir sua atividade elétrica na ordem de um milionésimo de um milionésimo de ampere, e então observar milhares de proteínas dentro dessa mesma célula para nos permitir encontrar as proteínas que impulsionam a atividade elétrica anormal relacionada ao Alzheimer", disse o autor sênior Lipton, que também é professor dotado da Step Family Foundation e codiretor do Centro de Novos Medicamentos de Neurodegeneração da Scripps Research. “Mas a beleza deste método é que nos permite descobrir novos alvos para a doença de Alzheimer e demências relacionadas”.

Pesquisas anteriores de Lipton e outros mostraram que certos neurônios tornam-se hiperativos no cérebro de pessoas com Alzheimer, enviando sinais elétricos mais fortes ou mais frequentes do que o normal. As evidências sugerem que esta hiperatividade (também conhecida como hiperexcitabilidade) contribui para o declínio cognitivo associado à doença de Alzheimer.

No novo trabalho, Lipton e colaboradores desenvolveram um sistema no qual os cientistas podem fazer medições precisas de células cerebrais individuais e depois comparar aquelas afetadas pela doença de Alzheimer com células saudáveis. O grupo de Lipton, que já desenvolveu métodos para medir com precisão a atividade elétrica dos neurônios, uniu-se a Yates para usar a espectrometria de massa para identificar níveis de mais de 2.250 proteínas em cada célula nervosa. A espectrometria de massa pode identificar e quantificar proteínas de células, mas estas análises têm sido tradicionalmente feitas em grandes coleções de células. Avanços recentes estão permitindo medições no nível unicelular.

No novo sistema, conhecido como single cell (sc)Patch-Clamp/Proteomics, um minúsculo tubo de vidro preenchido com uma solução salina é usado como eletrodo para medir a atividade elétrica de uma célula e, em seguida, extrair a célula para estudos de proteínas com espectrometria de massa.

“Essa abordagem nos permite conectar perturbações de funções elétricas a eventos moleculares em neurônios, o que é uma aplicação interessante da proteômica”, disse Yates.

Os cientistas analisaram os padrões eléctricos e os níveis de proteínas de cerca de 150 neurónios e depois utilizaram ferramentas computacionais – aplicadas por Schork – para encontrar associações entre hiperexcitabilidade e níveis anormais de proteínas. Eles identificaram quase 50 proteínas que estavam presentes em níveis mais altos ou mais baixos nas células hiperexcitáveis ​​da doença de Alzheimer, em comparação com as células saudáveis.

“Já se sabia que algumas destas proteínas estavam associadas à doença de Alzheimer, mas muitas não estavam”, disse Lipton.

As proteínas estavam envolvidas em diversas funções dos neurônios, incluindo o controle de elétrons em radicais livres (moduladores redox), metabolismo energético e inflamação. Quinze das proteínas destacaram-se por terem níveis particularmente elevados ou baixos nos neurónios da doença de Alzheimer, e o grupo de Lipton está a planear estudos de acompanhamento sobre algumas destas moléculas.

Ele também planeja expandir o uso do scPatch-Clamp/Proteomics para exames de drogas – testando se possíveis medicamentos para Alzheimer corrigem tanto a hiperexcitabilidade dos neurônios quanto os níveis anormais de proteínas. Ele está correlacionando essas descobertas com experimentos em grupos maiores de células cerebrais obtidas de pacientes com Alzheimer, conhecidas como organoides cerebrais, ou “minicérebros”.

“Uma célula nem sempre conta toda a história”, explicou Lipton. “Algumas das disfunções na doença de Alzheimer têm a ver com a forma como as células interagem umas com as outras, por isso, se pudermos repetir este tipo de estudo num mini-cérebro organoide, poderemos fazer descobertas adicionais”.

Lipton observou que este método poderia ser aplicado aos esforços de descoberta de medicamentos para outras doenças relacionadas ao cérebro.

“Esta nova abordagem à medicina personalizada – baseada na expressão proteica e na actividade eléctrica de um único neurónio da doença de Alzheimer – poderá revolucionar a descoberta de medicamentos não só para esta doença, mas também para outras doenças neurológicas, que ficaram muito atrás de outras áreas terapêuticas”, acrescentou.