Uma das principais maneiras pelas quais a variante do gene APOE4, o maior fator de risco genético para a doença de Alzheimer de início tardio, prejudica a função dos circuitos cerebrais é interrompendo o processo de isolamento dos neurônios com uma bainha de mielina que otimiza sua transmissão elétrica. Um novo estudo liderado por neurocientistas do Instituto Picower para Aprendizagem e Memória do MIT fornece diversas evidências que implicam uma via molecular específica nessa disfunção e usa essa compreensão para demonstrar uma intervenção para preveni-la em experimentos de laboratório.

O estudo, publicado em 15 de outubro na revista Cell Stem Cell , mostra que o alelo APOE4 leva à supressão da sinalização "Wnt" nos oligodendrócitos, células responsáveis pela mielina, a camada protetora lipídica que isola os neurônios. Os pesquisadores demonstraram que, quando a sinalização Wnt é deficiente, as células acumulam gotículas de lipídios em vez de utilizarem a gordura para mielinizar adequadamente os axônios dos neurônios. Ao restaurar a sinalização Wnt nos oligodendrócitos portadores do alelo APOE4, a mielinização foi recuperada, tanto em culturas de células humanas quanto em camundongos com modelo de Alzheimer.

A equipe de pesquisa, liderada pela professora Li-Huei Tsai, da Cátedra Picower , e pela autora principal do estudo, Leyla Akay, PhD '25, ex-aluna de pós-graduação do laboratório de Tsai, descobriu o papel fundamental da Wnt por meio de múltiplos métodos, incluindo uma triagem na qual utilizaram a edição genética CRISPR para inativar sistematicamente cada gene codificador de proteína no genoma, um por um, em culturas de oligodendrócitos humanos portadores do alelo APOE4. A triagem mostrou que, quando os genes que promovem a atividade da Wnt nos oligodendrócitos estavam ausentes, ocorria acúmulo de gotículas lipídicas, e que, quando os genes que suprimem a Wnt estavam ausentes, o mesmo acontecia com as gotículas lipídicas.

“Essa prova de princípio de realizar triagens CRISPR para modificadores genéticos do acúmulo de lipídios associado ao APOE4 em um tipo de célula do sistema nervoso central é muito empolgante”, diz Tsai, que também dirige a Iniciativa de Envelhecimento Cerebral do MIT . “Acredito que esse tipo de triagem não apenas fornece novos insights sobre as vias celulares que contribuem para defeitos no metabolismo lipídico, mas também tem o potencial de fornecer novos alvos para o desenvolvimento de medicamentos.”

Em 2022, o laboratório de Tsai, liderado por Akay, Djuna Von Maydell PhD '25, Jose Davila-Velderrain e Joel Blanchard (também coautor do novo estudo), mostrou que o APOE4 causava acúmulo de gotículas lipídicas em oligodendrócitos e prejudicava a mielinização. Mas, segundo Akay, esse acúmulo de gotículas pode ocorrer por diversos motivos. O novo estudo buscou investigar mais a fundo os mecanismos moleculares subjacentes.

“Essa triagem CRISPR nos permitiu testar todas as possibilidades de forma imparcial”, diz Akay. “Que tipo de enzimas lipídicas estão envolvidas nesse processo? E quais são as vias a montante que poderiam ser alvo de intervenção?”

Em paralelo com a triagem CRISPR, a equipe também analisou a acessibilidade da cromatina do DNA em culturas de oligodendrócitos humanos e em amostras de tecido cerebral humano post-mortem, comparando, em cada caso, amostras portadoras do alelo APOE4 com aquelas portadoras da variante neutra APOE3. Essa análise dos dados de ATAC-seq permitiu avaliar quais genes eram mais acessíveis à expressão e quais estavam bloqueados da transcrição. A análise da cromatina mostrou que os genes que promovem a sinalização Wnt eram menos acessíveis em portadores do alelo APOE4.

“Houve uma sobreposição impressionante entre os resultados do ATAC-seq e da triagem CRISPR”, diz Tsai. “Ambos apontaram para uma desregulação da via de sinalização Wnt.” 

Análises adicionais, incluindo observações diretas em células no laboratório, revelaram como a sinalização Wnt se tornou suprimida em oligodendrócitos APOE4 cultivados. Duas proteínas, beta-catenina e GSK3b, competem na regulação da via Wnt — a beta-catenina a promove e a GSK3b a suprime. A equipe descobriu que, em oligodendrócitos APOE4 em comparação com os APOE3, havia uma expressão reduzida de beta-catenina e uma expressão excessiva de GSK3b.

A equipe então testou intervenções que manipulam a atividade da GSK3b. Em culturas de oligodendrócitos humanos APOE3, eles demonstraram que o aumento da GSK3b com uma substância química chamada Dif3 aumentou a formação de gotículas lipídicas. Em oligodendrócitos APOE4, eles demonstraram que a inibição da GSK3b com uma substância química chamada CHIR99021 reduziu a formação de gotículas. Em culturas de “organoides” mais complexas, combinando oligodendrócitos APOE4 com neurônios, eles descobriram que a inibição da GSK3b aumentou a mielinização e promoveu o crescimento de axônios neuronais.

Os testes sugeriram que a inibição da GSK3b poderia ser uma estratégia terapêutica de prova de conceito para restaurar a sinalização Wnt e a mielinização. Como teste final, eles trataram camundongos portadores do alelo APOE4, que modelavam geneticamente a patologia tau da doença de Alzheimer, com doses de CHIR99021. Os camundongos tratados apresentaram uma redução nas gotículas lipídicas no hipocampo, uma região cerebral fundamental para a formação da memória. Além disso, também mostraram aumento da mielinização nessa região, em comparação com os controles não tratados.

Além de destacar a supressão da sinalização Wnt, a triagem CRISPR e a análise da cromatina forneceram pistas importantes sobre os mecanismos moleculares pelos quais a perda de Wnt altera a forma como os oligodendrócitos metabolizam os lipídios. Akay e Tsai afirmam estar ansiosos para dar continuidade a essas pistas. Eles também têm interesse em investigar a ligação da GSK3b à fosforilação da proteína tau, uma característica importante da patologia da doença de Alzheimer.

Além de Tsai, Akay e Blanchard, os outros autores do artigo são Anna Bright, Daiyun Dong, Ethan Smith, Robert Hurt, Carles Boix, Kate Louderback, Janine Medrano, Dingcheng Sun, Haonan Lin, Oisín King, Gwyneth Welch, Hiba Nawaid, Emre Agbas, Alan Jiang, Adele Bubnys e Ji-Xin Cheng.

Os Institutos Nacionais de Saúde, a Fundação da Família Robert e Renee E. Belfer, o Fundo Manthripragada McManama Alzheimer, o Fundo de Sementes CAMA, a Fundação J. Crayton Pruitt, Joseph P. DiSabato e Nancy Sakamoto, e a Fundação Freedom Together forneceram financiamento para o estudo.

Os dados brutos do estudo estão disponíveis no Open Science Framework . Akay e Tsai solicitaram uma patente para os resultados da triagem CRISPR.