NOVEMBER 23, 2020 - Uma nova técnica para isolar células cerebrais específicas, usada em um modelo de rato de Parkinson, revelou que os genes envolvidos na detecção e no uso de oxigênio crescem mais ativos em um tipo específico de células nervosas (neurônios) em resposta à depleção de dopamina. A perda de dopamina no cérebro é uma marca registrada da doença.
O estudo, “Assinaturas genômicas de estresse oxidativo específico do tipo celular no globo pálido de camundongos com depleção de dopamina” (Cell type-specific oxidative stress genomic signatures in the globus pallidus of dopamine depleted mice), foi publicado no The Journal of Neuroscience.
O cérebro é composto de diversos tipos de células, cada uma das quais desempenhando um papel diferente no comportamento e na doença. Isolar esses tipos específicos de células é o primeiro passo para estudá-los. As máquinas de classificação de células ajudam nessa tarefa, mas são extremamente caras.
Para facilitar essa pesquisa, cientistas da Carnegie Mellon University desenvolveram uma solução de baixo custo e aplicaram-na para compreender o papel dos neurônios que expressam parvalbumina (PV +) na doença de Parkinson. Um gene “expresso” é aquele cujo produto proteico é produzido ativamente pelas células.
Os neurônios PV + regulam os circuitos neurais relacionados ao movimento e têm sido implicados na doença neurodegenerativa progressiva. Os sintomas motores de camundongos semelhantes ao Parkinson em estágio avançado diminuem quando esses neurônios são estimulados. Além disso, o tecido cerebral post-mortem (estudado após a morte) de pacientes com Parkinson mostra menos neurônios PV + do que o tecido saudável.
A equipe da Carnegie Mellon gerou camundongos do tipo Parkinson, tratando-os com 6-OHDA, ou oxidopamina, uma substância química tóxica para os neurônios produtores de dopamina que são perdidos ao longo do curso do distúrbio.
Os pesquisadores isolaram neurônios PV + e compararam a atividade do gene entre os camundongos tratados com oxidopamina e controles saudáveis tratados com uma solução salina inerte.
Para isolar os neurônios PV +, os camundongos foram inicialmente projetados para produzir uma proteína chamada Cre apenas nessas células. Esses camundongos foram posteriormente infectados com um vírus inofensivo que carregava instruções para uma proteína de fusão especial. Uma das pontas da proteína se liga ao envelope nuclear - a membrana que envolve o núcleo, a parte interna da célula que abriga o DNA.
Cre reconhece a outra extremidade e interage com ela para produzir uma luz verde fluorescente.
Isso permitiu aos pesquisadores identificar e isolar os núcleos dos neurônios PV + de uma amostra de tecido cerebral.
Eles chamaram seu procedimento de cSNAIL, ou Cre-Specific Nuclear Anchored Independent Labeling.
Os neurônios que não expressam parvalbumina (PV-) não mostraram nenhuma diferença na expressão gênica entre camundongos do tipo Parkinson e saudáveis. No entanto, os neurônios PV + dos camundongos tratados com oxidopamina mostraram expressão significativamente maior de genes envolvidos na neuroproteção e na manutenção de um equilíbrio entre o oxigênio normal e “radicais livres” quimicamente reativos que podem danificar as células, também conhecido como homeostase do oxigênio.
Os genes que se tornaram mais ativos no PV +, neurônios depletados de dopamina, incluíram o fator 2 alfa induzível por hipóxia (Hif2a), que responde a estados de baixo oxigênio (hipóxia), e três de seus alvos. Por outro lado, ELOB, um inibidor conhecido de Hif2a, tornou-se menos ativo.
Isso sugeriu que os neurônios PV + reagem à depleção de dopamina por meio de sinais de Hif2a e fatores relacionados.
Os pesquisadores também descobriram que as regiões da cromatina - um complexo de DNA e proteínas firmemente enrolado - eram mais abertas, ou acessíveis, em locais relacionados aos genes sensores de oxigênio. Os locais de cromatina abertos permitem que certas proteínas se liguem a essas regiões e desempenhem um papel fundamental na replicação do DNA e na expressão gênica, que é o processo pelo qual a informação em um gene é sintetizada para criar uma proteína.
"As vias de detecção de oxigênio foram implicadas em outros aspectos anteriores da doença de Parkinson, mas não anteriormente nas células PV +", disse Alyssa Lawler, estudante de doutorado em ciências biológicas e principal autora do estudo, em um comunicado à imprensa.
Os neurônios PV + têm alta demanda de energia, o que os pesquisadores observaram que pode torná-los mais suscetíveis às flutuações na disponibilidade de oxigênio.
Além dos genes sensores de oxigênio, os cientistas também encontraram regiões abertas da cromatina associadas aos receptores de glicocorticóides, um regulador emergente da neuroinflamação que pode desempenhar um papel no início do Parkinson.
No final, a equipe criou uma ferramenta confiável para isolar tipos específicos de neurônios e descobriu alvos de pesquisas futuras sobre a doença de Parkinson.
“A técnica acabou sendo muito específica, muito eficiente”, disse Lawler
Os dados que a equipe gerou também ajudarão a construir modelos de aprendizado de máquina - tipos de algoritmos computacionais - para ajudar mais pesquisadores a interpretar outros mecanismos de doenças, entendendo como sequências de DNA específicas respondem às mudanças nas condições.
“Acreditamos que uma abordagem ciente de subtipos de neurônios como cSNAIL será necessária para descobrir correlatos moleculares de muitos distúrbios neurológicos e psiquiátricos, especialmente onde populações raras de neurônios estão fortemente implicadas”, escreveram os pesquisadores. “Acreditamos que uma abordagem ciente de subtipos de neurônios como cSNAIL será necessária para descobrir correlatos moleculares de muitos distúrbios neurológicos e psiquiátricos, especialmente onde populações raras de neurônios estão fortemente implicadas”, escreveram os pesquisadores.
Lawler resume o impacto de sua pesquisa de forma mais simples: “Estamos aprendendo a falar com as células, a falar sua língua”. Original em inglês, tradução Google, revisão Hugo. Fonte: Parkinsons News Today.
