Neurociências Memória genética

Neurociências
Memória genética
Cientistas geram neurônios a partir de células da pele de pacientes portadores de doenças psiquiátricas e neurológicas e testam em laboratório drogas para reverter os "sintomas"

Por Roberta de Medeiros / Imagens: Shutterstock

 

 

Assim como as células embrionárias, as células-tronco pluripotentes induzidas (IPS, em inglês), carregam a mesma informação genética das células doadoras e dão origem a todos os tecidos do corpo, inclusive neurônios

Há cinco anos, o cientista japonês Shynia Yamanaka anunciou um feito que prometia acelerar as descobertas científicas no mundo todo: como uma volta no tempo, ele conseguiu reprogramar células da pele e transformá-las em células semelhantes às embrionárias. assim, foram geradas as primeiras células-tronco pluripotentes induzidas (iPS, em inglês), em 2008, apontadas como a descoberta científica do ano pela revista Science. elas carregam a mesma informação genética das células doadoras e têm a capacidade de dar origem a todos os tecidos do corpo, inclusive neurônios.

Os pesquisadores notaram que tinham em mãos uma poderosa ferramenta. ao reprogramar as células de uma pessoa autista ou esquizofrênica, por exemplo, seria possível o inimaginável - estudar um neurônio "doente" vivo, investigar as alterações genéticas presentes nesta célula desde a sua gênese e comparar tecidos normais dos afetados pela doença. até então, isso era inviável pela dificuldade de se conseguir biópsias do sistema nervoso central, já que o procedimento é muito invasivo e feito somente em situações especiais. Foi assim que as células iPS se tornaram o modelo precioso para o estudo de doenças neurológicas.

O cientista japonês Shynia Yamanaka conseguiu reprogramar células de pele e transformá-las em células semelhantes às embrionárias

Há quem diga que a técnica poderá ser usada, no futuro, como uma ferramenta de diagnóstico, antecipando o aparecimento dos sintomas e começando os tratamentos mais cedo. além disso, as células são retiradas do tecido já formado, o que contorna um problema ético - o uso de embriões nesse tipo de investigação, que em países como os estados Unidos tem vários adversários, inclusive a igreja católica.

O primeiro estudo de reprogramação em pacientes esquizofrênicos foi feito pelo neurocientista Fred gage, do instituto Salk de estudos Biológicos, nos estados Unidos, e publicado na revista nature. a pesquisa mostrou que as células de pessoas que sofrem de esquizofrenia funcionam de modo distinto de quem não tem a síndrome. esquizofrenia é distúrbio psiquiátrico grave no qual o paciente perde contato com a realidade, emite juízos falsos (delírios), podendo também ter percepções irreais quanto à audição, visão, tato (alucinações), apatia e isolamento social e pensamento desordenado. a doença atinge cerca de 1,8 milhão de pessoas no Brasil.

IPS e câncer
As células IPS carregam alterações que resultam da reprogramação e do tempo de cultura em laboratório. Elas têm mais mutações que as embrionárias, chegando a ter 10 vezes mais mutações que o esperado, incluindo alterações relacionadas a genes envolvidos com o câncer. Apesar de não se saber se isso realmente tem um "impacto" negativo nos modelos celulares, é bom estar ciente de que pode interferir em algumas situações.

Células da pele de quatro pacientes foram transformadas em células semelhantes às embrionárias e, depois, convertidas em neurônios. Os cientistas usaram um tipo de vírus da raiva, que é transportado entre um neurônio e outro (as conexões). Usando esse artifício, eles constataram que os neurônios "doentes" tinham menos ramificações do que os das pessoas sem o distúrbio mental. A função das ramificações é permitir a comunicação entre os neurônios.

A equipe de Gage testou medicamentos normalmente usados para tratar esquizofrenia para analisar como essas drogas agem nos neurônios. O estudo mostra que, ao contrário do que se acreditava, algumas alterações biológicas nos neurônios são independentes da experiência de vida.

Em um estudo recente publicado na revista Cell Transplantation, a equipe do biólogo Stevens Rehen, da UFRJ, também usou a técnica de reprogramação celular para analisar os neurônios de um paciente esquizofrênico. "Constatamos que os neurônios consumiam mais oxigênio que neurônios normais. Esse excesso de oxigênio acaba sendo responsável pela produção de radicais livres, com prejuízos para o funcionamento da célula", disse. Outros estudos feitos em cérebro após a morte já sugeriram esse efeito - o estresse oxidativo.

 O primeiro passo do estudo foi retirar uma amostra de pele do paciente e extrair suas células. "Nas células, é injetado um retrovírus, que funciona como um cavalo de Tróia e leva para dentro das células genes equivalentes àqueles de um embrião. Essas células adultas são transformadas em versão muito semelhante às células-tronco embrionárias", explica Rehen.

Boa parte dos estudos sobre a biologia da esquizofrenia é resultado de análises em cérebros doados após a morte, que nem sempre são preservados em condições ideais, além de reproduzirem a fase final da doença, não fornecendo pistas adequadas sobre o seu desenvolvimento. "A geração de um novo modelo por reprogramação de células IPS tem a vantagem de permitir o estudo do início de alterações no funcionamento do neurônio envolvidas no distúrbio mental", diz.

A reprogramação a partir de células IPS é a melhor maneira que os cientistas encontraram de estudar um neurônio "doente" vivo. Outras estratégias são os modelos animais - usados em psiquiatria para testar novas drogas e estudar os mecanismos neurobiológicos das doenças mentais - e os modelos matemáticos e computacionais, que simulam o funcionamento do sistema nervoso. Há também os exames de neuroimagem, que mapeiam o funcionamento do cérebro vivo.

Potencial da técnica
As células revertidas ao estágio embrionário têm a vantagem de alongar os telômeros. Mas o que isso significa? Toda célula possui sequências de DNA , que é organizado como cromossomos: os telômeros são justamente as pontas desses cromossomos. Quando a célula se divide, ela precisa duplicar o seu DNA , para que cada célula gerada por essa divisão tenha a mesma quantidade de material genético.

Cada vez que a célula se divide, os telômeros perdem um pedaço. E isso pode levar a célula à morte ou a disfunções. "Como os telômeros se alongam, essas células podem se dividir indefinidamente. Isso pode ser um ponto a mais para essas células serem usadas como modelo de diversas doenças", observa Rehen.

A técnica poderá ser usada, no futuro, como uma ferramenta de diagnóstico, antecipando o aparecimento dos sintomas

A técnica seria um valioso recurso para procura de medicamentos mais eficazes. Muitos não surtem o efeito desejado, porque são testados em animais, que nem sempre têm os mesmos sintomas que humanos. O resultado é que 90% dos remédios são abandonados no início dos testes por causa da toxidade. Os gastos com um único remédio podem alcançar a cifra de 2,6 bilhões de reais. Com as células IPS, seria possível testar a toxidade dos medicamentos antes de chegarem às farmácias.

Em 2009, dois grupos de cientistas chineses geraram tiny, um camundongo clonado a partir de células reprogramadas, retiradas da pele de animais adultos. em outro estudo, foram 27 camundongos saudáveis, que deram origem a duas gerações com cerca de 200 descendentes normais. isso nos faz questionar: seria possível clonar seres humanos? Segundo Rehen, apesar de a técnica avançar rapidamente, ainda não é possível sonhar com a criação de seres humanos a partir delas.

PARA SABER MAIS Outros estudos A técnica promete criar as bases para a medicina personalizada a partir de culturas de células que carregam a identidade genética de cada paciente. "Podemos estudar como os neurônios de cada indivíduo se comportam. Uma mesma droga pode não funcionar da mesma forma em duas pessoas. Com isso, podemos encontrar drogas individuais, testar doses específicas para cada um. Isso deve acontecer num futuro não muito distante", prevê Muotri. A medicina personalizada é apontada como a grande revolução na área da saúde nos próximos anos. Isso será possível graças às novas gerações de sequenciadores de DNA que já são capazes de mapear o genoma humano (a soma de todos os genes, toda a carga genética de uma pessoa). O genoma mapeado pode revelar quais doenças podem se instalar e quais tratamentos seriam mais eficazes. Os cientistas partem do princípio de que cada pessoa se beneficia de um remédio diferente. Enquanto uma pessoa pode se beneficiar de uma terapia, outra pode ter péssimas reações ao mesmo tratamento. Um bom exemplo é o tratamento do colesterol com as estatinas. Estima-se que 15% dos pacientes têm chance de desenvolver reações graves ao medicamento. No futuro, um exame genético poderá prever essa predisposição, e a pessoa evitará um tratamento sofrido ou ineficaz. O problema é que a nova medicina está longe de ser democrática. Apenas as pessoas que podem desembolsar 5 mil dólares têm acesso ao mapeamento dos seus genes. Este ano, duas empresas anunciaram serviços que vão permitir às pessoas examinarem seus próprios genomas. A empresa deCODE genetics, da Islândia, anunciou que vai disponibilizar um serviço on-line, onde os clientes podem pesquisar informações de seus ancestrais e avaliar o risco de desenvolver várias doenças graves. Outra empresa, a fornecer o serviço, 23andMe, nos Estados Unidos, que anunciou um serviço semelhante. A empresa vai analisar o DNA retirado de uma amostra de saliva dos clientes. O resultado poderá ser acessado pela internet.

O uso de embriões nesse tipo de investigação tem, em países como os Estados Unidos, vários adversários, inclusive a Igreja Católica. Por isso, a IPS poderá ser usada, no futuro, como uma ferramenta de diagnóstico

Boa parte dos estudos sobre a biologia da esquizofrenia é resultado de análises em cérebros doados após a morte

Outro estudo que revela o potencial dessa técnica partiu do geneticista alysson Muotri, da Universidade da califórnia. no ano passado, o pesquisador publicou um artigo na revista científica cell que relata a geração de neurônios de pacientes do espectro autista e a sua reversão ao estado normal. a equipe do cientista decidiu trabalhar com autistas portadores da síndrome de Rett, por ter uma causa genética já conhecida, que é a mutação no gene MecP2. a síndrome é rara e nem os médicos estão familiarizados com esta síndrome.

O espectro autista inclui várias síndromes, cujos traços em comum são o atraso no desenvolvimento da linguagem, dificuldade em manter relações sociais, comportamento estereotipado e foco de interesse muito restrito. O quadro dos pacientes com Rett é ainda mais grave, porque, além desses problemas, ainda sofrem com dificuldades motoras e ataques epilépticos. estáticas nos estados Unidos indicam que 1% das crianças são afetadas e a incidência em meninos é ainda maior, 1 a cada 70 crianças. não há pesquisas que estimem a incidência da síndrome no Brasil. no mundo, segundo a OnU, acredita-se ter mais de 70 milhões de pessoas com autismo, afetando a maneira como essas pessoas se comunicam e interagem. Por Roberta de Medeiros / Imagens: Shutterstock

IPS e fenótipos
Os primeiros estudos com as IPS não mostraram claramente características dos neurônios relacionados à doença. Os neurocientistas acreditam que essas alterações só aparecerão com o passar dos anos, como acontece no nosso corpo. Isso gera uma complicação a mais para os cientistas: como, afinal, manter neurônios vivos em cultura de laboratório por muito tempo? "Encontrar situações que simulem o envelhecimento precoce, por exemplo, aumentando as espécies reativas em oxigênio no meio de cultura, parece uma saída criativa", arrisca Muotri.

Muotri observou que os neurônios de autistas tinham menos sinapses - áreas de contato entre os neurônios, essenciais para o processamento das informações do sistema nervoso. O núcleo dessas células também era menor. Duas drogas foram usadas para tentar "consertar" esses neurônios, uma delas foi o fator de crescimento de insulina 1. Para chegar na fase clínica, esse fator foi modificado quimicamente para facilitar sua penetração no sistema nervoso. a outra droga foi a gentamicina, antibiótico usado para infecções que tem sido testado em doenças genéticas. O resultado foi que os neurônios autistas tratados passaram a se comportar como se fossem neurônios normais.

Quando o autismo começou a ser investigado, a psicanálise postulava que a doença era resultado de uma experiência negativa vivida muito precocemente com a mãe em seu ambiente familiar. essa hipótese caiu por terra. a pesquisa reforça a tese de que as causas do autismo são biológicas e não resultado de fatores ambientais, isto é, não são determinadas pela história de vida de cada pessoa. "no entanto, só podemos afirmar isso para os pacientes que foram testados. Portanto, posso dizer que, nos pacientes com as mutações no MecP2, o autismo é genético e a contribuição ambiental deve ser mínima ou não significativa", conclui Muotri. ele estima que 90% das formas de autismo têm origem genética, embora não se saiba quais os genes envolvidos em cada uma das síndromes.

Seria a cura para o autismo? "ainda é preciso fazer testes clínicos em pessoas. isso já está acontecendo com as drogas que usamos por dois grupos independentes, um nos estados Unidos e outro na itália. Se os testes em pessoas derem bons resultados, aí sim será comercializado pela indústria farmacêutica", diz Muotri.

Os gastos realizados com um único medicamento podem alcançar a cifra de 2,6 bilhões de reais. Com as células IPS, seria possível testar a toxidade dos medicamentos antes de eles chegarem às farmácias

A reprogramação a partir de células IPS é a melhor maneira que os cientistas encontraram de estudar um neurônio "doente" vivo

Estudo sobre esclerose e Parkinson
Em outro estudo feito pelo mesmo laboratório, o pesquisador Miguel Mitne-neto, supervisionado por Muotri, gerou células iPS a partir de amostras de pele de pacientes brasileiros com esclerose lateral amiotrófica, doença neurodegenerativa que afeta os neurônios motores e cujos sintomas são a atrofia progressiva, a ausência de reflexos e a fraqueza muscular. a doença afeta as fibras que viajam do córtex até a medula espinhal (axônios) e que são responsáveis pela transmissão dos impulsos controladores dos movimentos. Há várias hipóteses para o seu surgimento, como a mutação de uma enzima que aumenta os radicais livres e induz a autodestruição dos neurônios motores. a esclerose atinge homens em uma proporção até duas vezes maior que mulheres e se manifesta a partir da quinta década de vida.

Ao diferenciar as células em neurônios motores, neto constatou que a presença da proteína VaPB nos neurônios motores dos pacientes com esclerose é 50% menor, se comparada às células normais. estudo feito com drosófilas (espécie de pequena mosca) demonstra que essa proteína está relacionada à qualidade da junção neuromuscular - a região de encontro entre o nervo e o músculo que permite a contração muscular.

Segundo o grupo, tudo indica que a quantidade da proteína VaPB é crucial para a sobrevivência dos neurônios motores. até então, os pesquisadores vinham estudando drogas capazes de reverter o quadro desse tipo de esclerose em modelos animais, mas com pouco sucesso. "O estudo em roedores permitiu esclarecer vários aspectos importantes da doença, mas um mecanismo molecular preciso ainda está faltando", dizem os pesquisadores em artigo publicado recentemente na revista Human Molecular genetics. agora, o modelo pode ser usado na busca de novos medicamentos que aumentem a produção da VaPB nos neurônios.

"Sabe-se que o processamento da VaPB é diferente em determinadas regiões do cérebro e durante cada fase de desenvolvimento. nossa hipótese é que, mesmo na presença de uma quantidade menor de VaPB, portadores da doença são normais até chegar na quarta ou quinta década de vida, quando os níveis se tornam criticamente baixos", dizem os autores. no Brasil, foram confirmadas mais de cem pessoas com esta forma da doença. enquanto em algumas pessoas a doença progride rapidamente, em outras ela se instala mais tarde e de forma mais lenta.

Os cientistas também investigaram neurônios de pessoas com a doença de Parkinson, que provoca tremores e afeta os movimentos. Os sintomas são causados pela morte dos neurônios que secretam dopamina e que transmitem comandos do córtex para os músculos. Outro traço da doença é o acúmulo de proteína em estruturas chamadas corpúsculos de Lewy nos neurônios que restaram. a produção da proteína é comandada pelo gene Snca.

Recentemente, cientistas do Reino Unido, estados Unidos, Japão e República tcheca reprogramaram células da pele de um paciente com triplicação do gene Snca e de um parente seu de primeiro grau não afetado para comparar as alterações no neurônio. O resultado foi que as células apresentaram um aumento de duas vezes na expressão de Snca, o que não aconteceu nas células do parente não afetado pela doença.

Com as células IPS, seria possível testar a toxidade dos medicamentos antes de eles chegarem às farmácias

Dois outros estudos mostraram que, com a cultura de células IPSC, neurônios derivados de pacientes com Parkinson podem se integrar no cérebro de ratos, com a melhora dos sintomas da doença nos animais

Em estudos anteriores, nenhuma diferença havia sido encontrada nos neurônios de pessoas que sofrem de Parkinson. A hipótese mais provável: a doença só surge com o passar dos anos, e as células reprogramadas são semelhantes às embrionárias. Por isso, os cientistas decidiram analisar as células de um paciente com início precoce e progressivo da doença. "Esse estudo mostra o potencial dos neurônios como modelo para estudar a doença. A cultura de células IPSC servirá como um recurso inestimável para estudar muitas das questões não resolvidas na patogênese da doença de Parkinson", dizem os pesquisadores. Dois outros estudos mostraram que neurônios derivados de pacientes com Parkinson podem se integrar no cérebro de ratos, com a melhora dos sintomas da doença nos animais.

Os cientistas também descobriram que pessoas com atrofia muscular espinhal, doença degenerativa que afeta o sistema nervoso, produzem um número reduzido de neurônios motores, o que sugere a morte precoce desse tipo de célula. Outro achado foi um número maior de agregados de proteína, que estavam associados à intensidade da doença. Os sintomas são a perda do tônus muscular, debilidade dos movimentos e falta de reflexos. A doença é caracterizada por mutações no gene SNM, que leva à morte dos neurônios motores e resulta na atrofia muscular grave.

 Apesar da empolgação da comunidade científica, as IPS não são o melhor modelo em todos os casos

Apesar da empolgação da comunidade científica, as IPS não são o melhor modelo em todos os casos. É o que sugere um controvertido estudo do cientista israelense Achia Urbach. Ele reprogramou células adultas de pacientes com síndrome do X frágil - a principal causa de deficiência mental herdada, depois da síndrome de Down. A doença é motivada por uma mutação passada hereditariamente que provoca alterações que impedem a expressão do gene FMR1.

No início do desenvolvimento embrionário, o gene trabalha normalmente. Entretanto, quando o pesquisador reverteu as células da pele dos pacientes ao estado embrionário, verificou que o gene FMR1 continuava a não funcionar, ou seja, as alterações continuavam lá. Publicado na revista Cell Stem Cell, o estudo mostra que, nem sempre, a estratégia da reprogramação celular reverte as células adultas para um estado idêntico ao embrionário.