Um estudo da Universidade de Michigan sugere que o polifosfato nas
fibrilas cerebrais pode ser a chave para combater doenças
neurodegenerativas, com mais pesquisas necessárias para confirmar
seu papel protetor.
12 de janeiro de 2025 - Um novo estudo
identificou o polifosfato como uma provável "densidade
misteriosa" dentro das fibrilas associadas à doença de
Alzheimer e outras doenças neurodegenerativas. Essa descoberta pode
aprofundar a compreensão dos papéis das fibrilas na doença,
potencialmente orientando novos tratamentos, embora sejam necessárias
mais pesquisas para confirmar os efeitos protetores do polifosfato no
cérebro humano.
Uma equipe de pesquisa
da Universidade de Michigan descobriu evidências convincentes que
podem resolver um mistério fundamental em torno da estrutura das
fibrilas envolvidas na doença de Alzheimer, Parkinson e outras
doenças neurodegenerativas.
"Vimos que os
pacientes têm essas estruturas fibrilares em seus cérebros há
muito tempo", disse Ursula Jakob, autora sênior do novo estudo.
"Mas a questão é o que essas fibrilas fazem? Qual é o seu
papel na doença? E, o mais importante, podemos fazer algo para nos
livrarmos deles se eles são responsáveis por essas doenças
devastadoras?
Embora a nova
descoberta não responda explicitamente a essas perguntas, ela pode
fornecer uma peça que faltava no quebra-cabeça para os
pesquisadores que estão tentando entender como essas doenças
funcionam em nível molecular. E está claro que esse entendimento
mais íntimo é necessário, dada a falta de opções de tratamento
para o Alzheimer, disse Jakob.
A Food and Drug
Administration aprovou três novos medicamentos para a doença de
Alzheimer desde 2021, mas isso foi precedido por um período de 17
anos sem novas aprovações, apesar de centenas de ensaios clínicos
(mesmo agora, existem mais de 100 candidatos a medicamentos sendo
avaliados).
"Dados todos esses
ensaios clínicos malsucedidos, ainda devemos estar perdendo algumas
peças importantes desse quebra-cabeça", disse Jakob, professor
do Departamento de Biologia Molecular, Celular e do Desenvolvimento
da U-M. "Portanto, a pesquisa fundamental que nós e muitos
outros ao redor do mundo estamos fazendo é extremamente necessária
se quisermos tratar, muito menos eliminar, essas doenças terríveis."
A densidade misteriosa
Os pesquisadores sabem
há muito tempo que as fibrilas - minúsculos tentáculos montados a
partir de pequenos blocos de construção invisíveis chamados
proteínas amilóides - estão ligadas a uma série de doenças
neurodegenerativas. Mas questões importantes persistem sobre como
essas estruturas se acumulam no corpo e como elas afetam a progressão
desses distúrbios.
Nossa compreensão das
fibrilas continua a se desenvolver à medida que os cientistas
introduzem novas ferramentas e métodos para sondar as estruturas
mais intimamente. Uma dessas inovações é conhecida como
microscopia eletrônica criogênica, ou crio-EM.
"Esta é uma
técnica muito sofisticada", disse Jakob. "Com ele, você
pode ver como essas fibrilas se parecem em grande detalhe."
Fibrilas de Polifosfato
Molecular
Uma pesquisa liderada
pela Universidade de Michigan mostrou que o polifosfato molecular,
mostrado em vermelho, pode ser o que tem sido chamado de "densidade
misteriosa" dentro das fibrilas - como a mostrada em azul -
associada a doenças neurodegenerativas. Crédito: Pavithra Mahadevan
e Bikash Sahoo
Em 2020, uma equipe
internacional liderada por pesquisadores em Cambridge usando crio-EM
descobriu uma massa misteriosa dentro de fibrilas que foram
recuperadas de pacientes com uma doença neurodegenerativa chamada
atrofia de múltiplos sistemas.
Embora os pesquisadores
pudessem caracterizar as fibrilas até as unidades individuais de
aminoácidos que constroem a estrutura proteica maior, permaneceu um
material desconhecido ao longo do comprimento das fibrilas.
"Estava bem no
meio da fibrila e eles não tinham ideia do que era", disse
Jakob. "Eles chamaram isso de 'densidade misteriosa'."
Agora, Jakob e seus
colegas mostraram que um polímero biológico onipresente chamado
polifosfato poderia ser essa densidade misteriosa.
A equipe relatou suas
descobertas na revista PLOS Biology.
Nova ciência, molécula
antiga
O polifosfato é uma
molécula encontrada em todos os seres vivos hoje e tem sido usada
por organismos ao longo das eras de evolução, disse Jakob.
Acredita-se também que tenha ligações com várias condições
neurodegenerativas, graças a experimentos de laboratório realizados
por Jakob e outros cientistas.
Por exemplo, sua equipe
mostrou que o polifosfato ajuda a estabilizar as fibrilas e reduz seu
potencial destrutivo contra neurônios cultivados em laboratório.
Outros pesquisadores mostraram que a quantidade de polifosfato no
cérebro de ratos diminui com a idade.
Esses resultados
implicam que o polifosfato pode ser importante na proteção dos
humanos contra doenças neurodegenerativas. Ainda assim, os
cientistas não tinham evidências diretas de que era.
"Você pode fazer
muitas coisas em tubos de ensaio", disse Jakob. "A questão
é quais são genuinamente relevantes no corpo humano."
O cérebro humano, no
entanto, é um ambiente incrivelmente complexo. Os cientistas ainda
precisam projetar um experimento que possa elucidar claramente o
papel do poliposfatato nele.
Mas os cientistas
tinham estruturas 3D precisas de fibrilas reais de humanos, graças a
pesquisas anteriores. Ao criar modelos de computador dessas
estruturas, Jakob e sua equipe puderam executar simulações que
perguntavam como o polifosfato interagiria com uma fibrila. Eles
descobriram que ele se encaixava muito bem na densidade do mistério.
Eles então deram um
passo adiante e ajustaram a estrutura da fibrila, alterando os
aminoácidos que limitavam a densidade misteriosa. Quando testaram
essas variantes de fibrilas, descobriram que o polifosfato não
estava mais associado a elas e não protegia mais os neurônios
contra a toxicidade das fibrilas.
"Como não podemos
extrair polifosfato de fibrilas derivadas de pacientes - simplesmente
não é tecnicamente possível - não podemos dizer com certeza que é
realmente a densidade misteriosa", disse Jakob. "O que
podemos dizer é que temos evidências muito boas de que a densidade
misteriosa se encaixa no polifosfato."
Seu trabalho leva à
hipótese de que encontrar uma maneira de manter os níveis adequados
de polifosfato no cérebro poderia retardar o progresso da doença
neurodegenerativa. Mas provar isso ainda exigirá grandes
investimentos de tempo e dinheiro, disse Jakob, e provavelmente
haverá novos mistérios a serem resolvidos ao longo do caminho.
"Eu diria que
ainda estamos em um estágio muito inicial. Só muito recentemente
ficou claro que existem componentes adicionais nessas fibrilas ",
disse ela. "Esses componentes podem desempenhar um papel
importante ou podem não desempenhar nenhum papel. Mas somente se
tivermos as peças do quebra-cabeça no lugar, podemos esperar ser
capazes de combater com sucesso essas doenças extremamente
devastadoras.
Referência: "O
polifosfato do acelerador amilóide se encaixa como a densidade
misteriosa nas fibrilas de α-sinucleína" por Philipp
Huettemann, Pavithra Mahadevan, Justine Lempart, Eric Tse, Budheswar
Dehury, Brian FP Edwards, Daniel R. Southworth, Bikash R. Sahoo e
Ursula Jakob, 31 de outubro de 2024, PLOS Biology.
DOI:
10.1371/journal.pbio.3002650
O trabalho foi apoiado
pelos Institutos Nacionais de Saúde e incluiu colaboradores do
Howard Hughes Medical Institute, da Manipal Academy of Higher
Education e da University of California, San Francisco. Fonte:
Scitechdaily.