Cientistas da Harvard Medical School restauraram com sucesso a visão em camundongos, voltando o relógio em células oculares envelhecidas na retina para recapturar a função do gene jovem.
O trabalho da equipe, descrito em 2 de dezembro na Nature, representa a primeira demonstração de que pode ser possível reprogramar com segurança tecidos complexos, como as células nervosas do olho, para uma idade mais precoce.
Além de zerar o relógio de envelhecimento das células, os pesquisadores reverteram com sucesso a perda de visão em animais com uma condição que imita o glaucoma humano, uma das principais causas de cegueira em todo o mundo.
A conquista representa a primeira tentativa bem-sucedida de reverter a perda de visão induzida pelo glaucoma, em vez de apenas conter sua progressão, disse a equipe. Se replicada por meio de estudos adicionais, a abordagem pode abrir caminho para terapias para promover a reparação de tecidos em vários órgãos e reverter o envelhecimento e doenças relacionadas à idade em humanos.
“Nosso estudo demonstra que é possível reverter com segurança a idade de tecidos complexos como a retina e restaurar sua função biológica juvenil”, disse o autor sênior David Sinclair, professor de genética do Instituto Blavatnik da Escola de Medicina de Harvard, codiretor do Paul F. Glenn Center for Biology of Aging Research at HMS e especialista em envelhecimento.
Sinclair e colegas alertam que as descobertas ainda precisam ser replicadas em estudos futuros, incluindo em diferentes modelos animais, antes de qualquer experimento em humanos. No entanto, acrescentam, os resultados oferecem uma prova de conceito e um caminho para a concepção de tratamentos para uma série de doenças humanas relacionadas com a idade.
“Se confirmados por meio de estudos adicionais, esses resultados podem ser transformadores para o tratamento de doenças da visão relacionadas à idade, como o glaucoma, e para os campos da biologia e da terapêutica médica para doenças em geral”, disse Sinclair.
Para seu trabalho, a equipe usou um vírus adeno-associado (AAV) como veículo para entregar nas retinas de camundongos três genes restauradores da juventude – Oct4, Sox2 e Klf4 – que normalmente são ativados durante o desenvolvimento embrionário. Os três genes, junto com um quarto, que não foi usado neste trabalho, são conhecidos coletivamente como fatores de Yamanaka.
O tratamento teve vários efeitos benéficos para os olhos. Primeiro, promoveu a regeneração do nervo após lesão do nervo óptico em camundongos com nervos ópticos danificados. Em segundo lugar, reverteu a perda de visão em animais com uma condição que imita o glaucoma humano. E terceiro, reverteu a perda de visão em animais idosos sem glaucoma.
A abordagem da equipe é baseada em uma nova teoria sobre por que envelhecemos. A maioria das células do corpo contém as mesmas moléculas de DNA, mas têm funções amplamente diversas. Para atingir esse grau de especialização, essas células devem ler apenas genes específicos para seu tipo. Essa função reguladora é o alcance do epigenoma, um sistema de ligar e desligar genes em padrões específicos sem alterar a sequência básica de DNA do gene.
Essa teoria postula que as mudanças no epigenoma ao longo do tempo fazem com que as células leiam os genes errados e funcionem mal – dando origem a doenças do envelhecimento. Uma das mudanças mais importantes no epigenoma é a metilação do DNA, um processo pelo qual os grupos metil são fixados no DNA. Os padrões de metilação do DNA são estabelecidos durante o desenvolvimento embrionário para produzir os vários tipos de células. Com o tempo, os padrões juvenis de metilação do DNA são perdidos e os genes dentro das células que deveriam ser ativados são desativados e vice-versa, resultando em função celular prejudicada. Algumas dessas mudanças na metilação do DNA são previsíveis e têm sido usadas para determinar a idade biológica de uma célula ou tecido.
No entanto, ainda não está claro se a metilação do DNA leva a mudanças relacionadas à idade dentro das células. No estudo atual, os pesquisadores levantaram a hipótese de que, se a metilação do DNA realmente controla o envelhecimento, apagar algumas de suas pegadas pode reverter a idade das células dentro dos organismos vivos e restaurá-las ao seu estado anterior e jovem.
Trabalhos anteriores haviam alcançado essa façanha em células cultivadas em pratos de laboratório, mas não conseguiram demonstrar o efeito em organismos vivos.
As novas descobertas demonstram que a abordagem também pode ser usada em animais.
Superando um obstáculo importante
O principal autor do estudo, Yuancheng Lu, pesquisador em genética no HMS e ex-aluno de doutorado no laboratório de Sinclair, desenvolveu uma terapia genética que poderia reverter com segurança a idade das células em um animal vivo.
O trabalho de Lu baseia-se na descoberta ganhadora do Prêmio Nobel de Shinya Yamanaka, que identificou os quatro fatores de transcrição, Oct4, Sox2, Klf4, c-Myc, que poderiam apagar os marcadores epigenéticos nas células e retornar essas células ao seu estado embrionário primitivo a partir do qual podem evoluir para qualquer outro tipo de célula.
Estudos subsequentes, entretanto, mostraram dois contratempos importantes. Primeiro, quando usados em camundongos adultos, os quatro fatores Yamanaka também podem induzir o crescimento do tumor, tornando a abordagem insegura. Em segundo lugar, os fatores poderiam redefinir o estado celular para o estado de célula mais primitivo, apagando assim completamente a identidade de uma célula.
Lu e colegas contornaram esses obstáculos modificando ligeiramente a abordagem. Eles abandonaram o gene c-Myc e entregaram apenas os três genes Yamanaka restantes, Oct4, Sox2 e Klf4. A abordagem modificada reverteu com sucesso o envelhecimento celular sem alimentar o crescimento do tumor ou perder sua identidade.
Terapia genética aplicada à regeneração do nervo óptico
No estudo atual, os pesquisadores visaram células no sistema nervoso central porque é a primeira parte do corpo afetada pelo envelhecimento. Após o nascimento, a capacidade de regeneração do sistema nervoso central diminui rapidamente.
Para testar se a capacidade regenerativa de animais jovens pode ser transmitida a camundongos adultos, os pesquisadores entregaram a combinação de três genes modificados por meio de um AAV em células ganglionares da retina de camundongos adultos com lesão do nervo óptico.
Para o trabalho, Lu e Sinclair fizeram parceria com Zhigang He, professor de neurologia e oftalmologia do Hospital Infantil de Boston do HMS, que estuda a neuro-regeneração do nervo óptico e da medula espinhal.
O tratamento resultou em um aumento de duas vezes no número de células ganglionares da retina sobreviventes após a lesão e em um aumento de cinco vezes no crescimento do nervo.
“No início deste projeto, muitos de nossos colegas disseram que nossa abordagem falharia ou seria muito perigosa para ser usada”, disse Lu. “Nossos resultados sugerem que este método é seguro e pode potencialmente revolucionar o tratamento do olho e de muitos outros órgãos afetados pelo envelhecimento.”
Reversão do glaucoma e perda de visão relacionada à idade
Após as descobertas encorajadoras em ratos com lesões no nervo óptico, a equipe fez parceria com colegas do Schepens Eye Research Institute de Massachusetts Eye and Ear Bruce Ksander, professor associado de oftalmologia do HMS, e Meredith Gregory-Ksander, professor assistente de oftalmologia do HMS. Eles planejaram dois conjuntos de experimentos: um para testar se o coquetel de três genes poderia restaurar a perda de visão devido ao glaucoma e outro para ver se a abordagem poderia reverter a perda de visão decorrente do envelhecimento normal.
Em um modelo de rato de glaucoma, o tratamento levou a um aumento da atividade elétrica das células nervosas e um notável aumento na acuidade visual, medida pela capacidade dos animais de ver linhas verticais em movimento em uma tela. Notavelmente, isso aconteceu depois que a perda de visão induzida pelo glaucoma já havia ocorrido.
“Recuperar a função visual após a lesão raramente foi demonstrado pelos cientistas”, disse Ksander. “Esta nova abordagem, que reverte com sucesso as múltiplas causas da perda de visão em camundongos sem a necessidade de um transplante de retina, representa uma nova modalidade de tratamento na medicina regenerativa.”
O tratamento funcionou igualmente bem em ratos idosos de 12 meses com visão diminuída devido ao envelhecimento normal. Após o tratamento dos ratos idosos, os padrões de expressão gênica e sinais elétricos das células do nervo óptico eram semelhantes aos dos ratos jovens, e a visão foi restaurada. Quando os pesquisadores analisaram as mudanças moleculares nas células tratadas, eles encontraram padrões reversos de metilação do DNA – uma observação que sugere que a metilação do DNA não é um mero marcador ou um observador no processo de envelhecimento, mas sim um agente ativo que o conduz.
“O que isso nos diz é que o relógio não representa apenas o tempo – é o tempo”, disse Sinclair. “Se você girar os ponteiros do relógio para trás, o tempo também vai para trás.”
Os pesquisadores disseram que, se suas descobertas forem confirmadas em estudos posteriores com animais, eles podem iniciar ensaios clínicos dentro de dois anos para testar a eficácia da abordagem em pessoas com glaucoma. Até agora, as descobertas são encorajadoras, disseram os pesquisadores. No estudo atual, um tratamento de corpo inteiro de camundongos de um ano com a abordagem de três genes não mostrou efeitos colaterais negativos.
Publicado em 09/12/2020 22h44
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