Créditos:Imagem: Tsai Lab/The Picower Institute
Em pessoas portadoras de APOE4, uma célula-chave do cérebro administra mal o colesterol necessário para isolar os neurônios adequadamente – outro sinal de que o APOE4 contribui para doenças ao interromper os lipídios cerebrais.
É bem conhecido que carregar uma cópia da variante do gene APOE4 aumenta o risco de doença de Alzheimer em três vezes e duas cópias em cerca de dez vezes, mas as razões fundamentais e o que pode ser feito para ajudar os pacientes permanecem amplamente desconhecidas. Um estudo publicado por uma equipe do MIT em 16 de novembro na Nature fornece algumas novas respostas como parte de uma linha de pesquisa mais ampla que demonstrou as consequências do APOE4, tipo de célula por tipo de célula, no cérebro.
O novo estudo combina evidências de cérebros humanos pós-morte, culturas de células cerebrais humanas baseadas em laboratório e modelos de camundongos com Alzheimer para mostrar que, quando as pessoas têm uma ou duas cópias de APOE4, em vez da versão APOE3 mais comum e neutra ao risco, células chamadas oligodendrócitos administram mal o colesterol, falhando em transportar a molécula de gordura para envolver a longa “fiação” do axônio, semelhante a uma videira, que os neurônios projetam para fazer as conexões do circuito cerebral. A deficiência desse isolamento gorduroso, chamado mielina, pode ser um contribuinte significativo para a patologia e os sintomas da doença de Alzheimer porque, sem a mielinização adequada, as comunicações entre os neurônios são degradadas.
Estudos recentes do grupo de pesquisa, liderados pelo professor do MIT Li-Huei Tsai, diretor do Picower Institute for Learning and Memory e da Aging Brain Initiative do MIT, descobriram maneiras distintas pelas quais o APOE4 interrompe o modo como as moléculas de gordura, ou lipídios, são manipuladas por principais tipos de células cerebrais, incluindo neurônios, astrócitos e micróglia. Tanto nos estudos novos quanto nos anteriores, a equipe identificou compostos que aparecem no laboratório para corrigir esses diferentes problemas, gerando possíveis estratégias de tratamento baseadas em produtos farmacêuticos.
O novo estudo amplia esse trabalho não apenas descobrindo como o APOE4 interrompe a mielinização, mas também fornecendo a primeira análise sistemática dos principais tipos de células cerebrais usando o sequenciamento de RNA de núcleo único (snRNAseq) para comparar como a expressão gênica difere em pessoas com APOE4 em comparação com APOE3.
“Este artigo mostra muito claramente, a partir do snRNAseq de cérebros humanos pós-morte de uma maneira específica de genótipo, que o APOE4 influencia diferentes tipos de células cerebrais de maneira muito distinta”, diz Tsai, membro do corpo docente do Departamento de Ciências Cognitivas e do Cérebro do MIT. “Vemos a convergência do metabolismo lipídico sendo interrompido, mas quando você realmente analisa mais detalhadamente o tipo de vias lipídicas sendo perturbadas em diferentes tipos de células cerebrais, elas são todas diferentes.
“Acho que a desregulação lipídica pode ser essa biologia fundamental subjacente a muitas das patologias que observamos”, diz ela.
Os principais autores do artigo são Joel Blanchard, professor assistente da Escola de Medicina Icahn do Monte Sinai, que começou o trabalho como pós-doutorando no laboratório de Tsai no MIT; Djuna Von Maydell e Leyla Akay, que são estudantes de pós-graduação no laboratório de Tsai; e Jose Davila Velderrain, líder do grupo de pesquisa da Human Technopole e ex-pós-doutorado no laboratório do co-autor Manolis Kellis, professor de ciência da computação no MIT.
Muitos métodos para examinar a mielinização
Amostras de cérebro humano pós-morte vieram do Religious Orders Study e do Rush Memory and Aging Project. Os resultados do snRNAseq da equipe, um conjunto de dados que von Maydell disponibilizou gratuitamente, abrange mais de 160.000 células individuais de 11 tipos diferentes do córtex pré-frontal de 32 pessoas – 12 com duas cópias APOE3, 12 com uma cópia de cada APOE3 e APOE4 e oito com duas cópias APOE4. As amostras APOE3/3 e APOE3/4 foram balanceadas pelo diagnóstico de Alzheimer, gênero e idade. Todos os portadores de APOE4/4 tinham Alzheimer e cinco de oito eram do sexo feminino.
Alguns resultados refletiam a patologia conhecida de Alzheimer, mas outros padrões eram novos. Um em particular mostrou que oligodendrócitos portadores de APOE4 exibiram maior expressão de genes de síntese de colesterol e interrupções no transporte de colesterol. Quanto mais cópias de APOE4 as pessoas tiverem, maior será o efeito. Isso foi especialmente interessante, dados os resultados de uma análise anterior dos laboratórios de Tsai e Kellis em 2019, que ligava a doença de Alzheimer à expressão reduzida de genes de mielinização entre oligodendrócitos.
Usando uma variedade de técnicas para olhar diretamente para o tecido, a equipe viu que nos cérebros APOE4, quantidades aberrantes de colesterol se acumulavam nos corpos celulares, especialmente nos oligodendrócitos, mas eram relativamente ausentes nos axônios neurais.
Para entender o porquê, a equipe usou células-tronco pluripotentes induzidas derivadas de pacientes para criar culturas de células de laboratório de oligodendrócitos modificados para diferir apenas pelo fato de terem APOE4 ou APOE3. Mais uma vez, as células APOE4 mostraram grandes disrupções lipídicas. Em particular, os oligodendrócitos afetados acumularam colesterol extra em seus corpos, mostraram sinais de que as gorduras internas extras estavam estressando organelas chamadas retículo endoplasmático, que têm um papel no transporte de colesterol e, de fato, transportaram menos colesterol para suas membranas. Mais tarde, quando foram co-cultivados com neurônios, os oligodendrócitos APOE4 falharam em mielinizar os neurônios tão bem quanto as células APO3, independentemente de os neurônios carregarem APOE4 ou APOE3.
A equipe também observou que em cérebros pós-morte havia menos mielinização em portadores de APOE4 do que em portadores de APOE3. Por exemplo, as bainhas ao redor dos axônios que atravessam o corpo caloso (a estrutura que conecta os hemisférios cerebrais) eram notavelmente mais finas nos cérebros APOE4. O mesmo aconteceu em camundongos modificados para abrigar APOE4 humano versus aqueles modificados para ter APOE3.
Uma intervenção produtiva
Ansiosa para encontrar uma intervenção potencial, a equipe se concentrou em drogas que afetam o colesterol, incluindo estatinas (que suprimem a síntese) e ciclodextrina, que auxilia no transporte do colesterol. As estatinas não ajudaram, mas a aplicação de ciclodextrina a oligodendrócitos APOE4 cultivados em uma placa reduziu o acúmulo de colesterol dentro das células e melhorou a mielinização em co-culturas com neurônios. Além disso, também teve esses efeitos em camundongos APOE4.
Finalmente, a equipe tratou alguns camundongos APOE4 com ciclodextrina, deixou outros sem tratamento e os submeteu a dois testes de memória diferentes. Os camundongos tratados com ciclodextrina tiveram desempenho significativamente melhor em ambos os testes, sugerindo uma associação entre melhora da mielinização e melhora da cognição.
Tsai disse que está surgindo uma imagem clara em que intervir para corrigir desregulações lipídicas específicas por tipo de célula poderia ajudar a neutralizar as contribuições do APOE4 para a patologia de Alzheimer.
“É encorajador que tenhamos visto uma maneira de resgatar a função dos oligodendrócitos e a mielinização em modelos de laboratório e camundongos”, diz Tsai. “Mas, além dos oligodendrócitos, também podemos precisar encontrar maneiras clinicamente eficazes de cuidar da micróglia, astrócitos e vasculatura para realmente combater a doença”.
Além dos autores principais, Tsai e Kellis, os outros autores do artigo são Hansruedi Mathys, Shawn Davidson, Audrey Effenberger, Chih-Yu Chen, Kristan Maner-Smith, Ihab Jahhar, Eric Orlund, Michael Bula, Emre Agbas, Ayesha Ng, Xueqiao Jiang, Martin Kahn, Cristina Blanco-Duque, Nicolas Lavoie, Liwang Liu, Ricardo Reyes, Yuan-Ta lin, Tak Ko, Lea R’Bibo, William Ralvenius, David Bennet e Hugh Cam.
A Robert A. and Renee E. Belfer Foundation, a JPB Foundation, a Carol and Gene Ludwig Family Foundation, o Cure Alzheimer’s Fund e o National Institutes of Health financiaram o estudo.
Publicado em 02/12/2022 00h38
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