Método de combate à doença de Parkinson por conversão de astrócitos em neurônios

Astrócitos são células cerebrais não neuronais que expressam uma proteína chamada PTB. Surge que a depleção de PTB libera o potencial de os astrócitos se converterem em neurônios em um modelo de camundongo da doença de Parkinson.

24 JUNE 2020 - Como os neurônios que degeneram na região da substância negra do mesencéfalo na doença de Parkinson podem ser substituídos? Uma possibilidade interessante seria converter células não neuronais chamadas astrócitos, que são abundantes no cérebro, em neurônios. Escrevendo na Nature, Qian et al.1 relatam uma estratégia simples que aproveita essa possibilidade e pode melhorar os déficits neurológicos em um modelo de camundongo da doença de Parkinson1. Seu trabalho, juntamente com uma abordagem paralela recentemente delineada por Zhou et al. no Cell2, é enorme a promessa de nossa capacidade de usar estratégias de conversão celular para tratar doenças neurodegenerativas.

Tipos de células como células da pele ou astrócitos podem ser convertidos - através da expressão forçada de fatores de transcrição, microRNAs ou pequenas moléculas - em outros tipos de células in vitro3–8, incluindo neurônios que produzem a dopamina da molécula do neurotransmissor5,8; esses neurônios estão perdidos na doença de Parkinson. Essa abordagem também foi usada para converter astrócitos do cérebro de camundongos em neurônios in vivo6–8. Por exemplo, astrócitos no estriado do cérebro foram convertidos em neurônios de "liberação induzida de dopamina" (iDA) que podem parcialmente corrigir defeitos motores em um modelo de camundongo da doença de Parkinson8. No entanto, os neurônios da iDA gerados usando essa abordagem não formaram as conexões neuronais distantes encontradas em um cérebro saudável nem restauraram o comportamento motor de maneira abrangente. Qian et al. e Zhou et al. usaram uma estratégia alternativa para reprogramar eficientemente astrócitos em neurônios: depleção de uma proteína de ligação a RNA chamada PTB que é expressa em astrócitos e que inibe a diferenciação neuronal.

Qian et al. iniciaram seus experimentos in vitro, usando astrócitos isolados do córtex e do mesencéfalo dos cérebros de camundongos e do córtex humano. Os autores usaram uma molécula de RNA chamada RNA de gancho de cabelo pequeno para promover a degradação do RNA mensageiro transcrito a partir do gene que codifica PTB, Ptbp1. Isso desencadeou a conversão de todos os três tipos de astrócitos em neurônios. Zhou et al. alcançou o mesmo efeito usando a técnica de edição de genoma CRISPR-CasRx para esgotar o mRNA de Ptbp1 em astrócitos isolados do córtex do camundongo.

Em seguida, as duas equipes esgotaram o PTB in vivo no cérebro de ratos adultos. Qian e seus colegas usaram ratos geneticamente modificados para que os astrócitos pudessem ser alvejados pelo pequeno RNA em gancho contra o Ptbp1, que foi transportado para o cérebro em uma construção viral. Por outro lado, Zhou et al. astrócitos infectados em camundongos do tipo selvagem com um vírus que carregava o mecanismo CRISPR – CasRx. Ambas as estratégias levaram à conversão dos astrócitos alvo em tipos de células neuronais.

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Os grupos em seguida esgotaram o PTB em um modelo de camundongo da doença de Parkinson. Nesses animais - como nas pessoas que sofrem do distúrbio - os neurônios liberadores de dopamina são esgotados na substância negra, e os níveis de dopamina são anormalmente baixos no estriado (a área na qual esses neurônios se projetam), resultando em déficits no comportamento motor. Qian et al. PTB empobrecido em astrócitos na substância negra desses animais; Zhou et al. no estriado. Ambas as abordagens produziram o mesmo resultado: conversão de alguns dos astrócitos infectados em neurônios que se assemelhavam aos perdidos na doença de Parkinson e restauração do comportamento motor.

Os dois grupos demonstraram que a depleção de PTB faz com que os astrócitos se convertam em tipos de células neuronais amplamente apropriadas à região do cérebro em que residem. Como essa especificidade é transmitida? Qian et al. descobriram que os astrócitos no mesencéfalo expressam baixos níveis dos fatores de transcrição Lmx1a e Foxa2; estes são expressos nos progenitores dos neurônios liberadores de dopamina durante o desenvolvimento do mesencéfalo e são necessários para a maturação desses progenitores em neurônios9. A depleção de PTB aumentou ainda mais a expressão desses fatores nos astrócitos do mesencéfalo. Por outro lado, em astrócitos corticais, o tratamento levou a níveis aumentados de fatores de transcrição associados a neurônios corticais, como Ctip2 e Cux. Além disso, a reprogramação de astrócitos na substância negra, ou na área tegmental ventral vizinha, produziu diferentes subtipos de neurônios iDA que expressam fatores de transcrição e proteínas específicos para este subtipo: Sox6 e Aldh1a1 na substância negra, Otx2 na área tegmentar ventral.

Os resultados de Qian e colegas indicam que os fatores de transcrição específicos da região cerebral contribuem para a conversão de astrócitos em iDA. No entanto, esse mecanismo não pode explicar por que Zhou et al. foram capazes de converter astrócitos estriados em neurônios iDA, uma vez que os astrócitos estriados expressam um conjunto diferente de fatores de transcrição específicos da região. Qual pode ser o mecanismo que leva à conversão do iDA no estriado?

Zhou e colegas mostram um aumento quase triplo na eficiência de conversão de iDA no modelo de camundongo da doença de Parkinson em comparação com os ratos controle um mês após o tratamento. Esses resultados sugerem que os próprios astrócitos, ou células em seu ambiente, respondem à perda de neurônios endógenos liberadores de dopamina, expressando fatores que promovem a conversão de astrócitos em neurônios da iDA. E Qian et al. encontraram maior eficiência de conversão no mesencéfalo de camundongos do que em astrócitos isolados do mesencéfalo, indicando um papel dos fatores locais derivados do cérebro na conversão de iDA. A identificação de fatores locais e específicos de danos ou doenças, intrínsecos ou extrínsecos às células, é a chave para melhorar ainda mais a eficiência da conversão de astrócitos em neurônios.

Uma pergunta intrigante a surgir desses estudos é por que os astrócitos estão constantemente reprimindo os genes neuronais. Uma explicação pode estar na origem do desenvolvimento das células. Astrócitos e neurônios têm ancestrais comuns chamados progenitores da glia radial - células semelhantes a células-tronco que dão origem a neurônios e depois se diferenciam em astrócitos e outras células da glia que suportam neurônios10. No mesencéfalo do mouse em desenvolvimento, todos os tipos de células da glia radial expressam Ptbp1, ao passo que a diferenciação de precursores de neurônios e neurônios não11. Talvez os astrócitos do mesencéfalo - como descendentes da glia radial - tenham herdado um programa para gerar neurônios que permanecem inativos, a menos que o PTB esteja esgotado (Fig. 1). A Ptbp1 também é expressa em outros tipos de células do mesencéfalo11, incluindo células endoteliais e pericitas nos vasos sanguíneos, células ependimárias que revestem a cavidade ventricular e células imunológicas chamadas microglia. Estudos futuros devem examinar se a depleção de PTB também pode converter essas células em neurônios iDA em modelos animais da doença de Parkinson.

Figura 1 Um caminho para a conversão de astrócitos em neurônios. Os progenitores da glia radial são células semelhantes a células-tronco que - no cérebro médio do mouse em desenvolvimento - expressam o RNA mensageiro que codifica a proteína PTB. Essas células podem dar origem a células não neuronais chamadas astrócitos, que também expressam esse mRNA, e a neurônios que não o fazem. Dois grupos1,2 relatam que a depleção de PTB em astrócitos adultos leva à conversão das células em neurônios. Em um modelo de camundongo da doença de Parkinson, a depleção de PTB produziu o tipo de neurônio liberador de dopamina que é perdido na doença de Parkinson e restaurou o comportamento motor (não mostrado).

Para que essa estratégia seja útil na clínica, talvez seja necessário melhorar sua eficiência. Por exemplo, 60-65% dos astrócitos infectados não se tornam neurônios iDA. Essa porcentagem deve diminuir, seja através do direcionamento mais focalizado dos astrócitos na substância negra ou introduzindo fatores que permitem que astrócitos não-nigrais se convertam em neurônios da iDA. Também será importante determinar a qualidade e a autenticidade das células iDA convertidas no nível de célula única e investigar se células indesejadas são geradas. Tanto Qian et al. e Zhou et al. fornecem evidências de que os astrócitos são convertidos em outros tipos de neurônios, além das células iDA. Além disso, Qian et al. mostram que os neurônios da iDA convertidos projetam-se principalmente para o septo, e não para o estriado, e que apenas 8% das fibras que se projetam para o septo vêm de neurônios da iDA. No entanto, em uma nota positiva, mais da metade das fibras que atingem o estriado foram contribuídas por neurônios da iDA. Essa descoberta - juntamente com a demonstração de que o processo de conversão restaurou os níveis de dopamina estriatal e a atividade motora - fornece evidências para uma reconstituição funcional notável da via nigroestriatal pelos neurônios da iDA.

Em um conjunto final de experimentos, Qian et al. explore uma maneira pela qual sua abordagem pode ser usada na clínica: usando ácidos nucleicos curtos chamados oligonucleotídeos antisense que se ligam a um mRNA e impedem sua tradução em proteínas. Os autores mostram que a entrega transitória local de oligonucleotídeos antisense contra PTB levou à geração de neurônios do tipo iDA e à recuperação motora no modelo de camundongo da doença de Parkinson, demonstrando a validade da abordagem.

Experimentos futuros precisarão examinar se o mesencéfalo humano ou astrócitos estriatais também podem ser convertidos em IDs e se os tipos de células convertidas e seus alvos estão corretos e estáveis por longos períodos. A segurança da depleção de PTB e as estratégias usadas para administrar o tratamento também terão que ser cuidadosamente avaliadas, para descartar qualquer dano colateral ao espectador de células cerebrais hospedeiras ou às células convertidas, ou qualquer dano resultante da depleção de astrócitos da estratégia. Embora ainda haja muitas perguntas a serem respondidas, a simplicidade e a eficiência dessa abordagem de terapia gênica para a substituição celular o tornam muito atraente. Os estudos atuais prometem abrir um novo capítulo no desenvolvimento da medicina regenerativa para distúrbios neurológicos, como a doença de Parkinson. Original em inglês, tradução Google, revisão Hugo. Fonte: Nature. Veja também aqui: 24 June 2020 - Hope for people with Parkinson's after scientists eliminate the disease in mice using treatment that generates new brain cells. Mais sobre o tema AQUI e AQUI.

Acima: Cérebro do rato antes da reprogramação, com neurônios dopaminérgicos mostrados em verde. Abaixo: Cérebro de camundongo após reprogramação com tratamento com oligonucleotídeo PTB antisense, que converteu astrócitos em neurônios mais dopaminérgicos (verde)