Saúde

Pesquisas mostram que o sistema imunológico humano usa a antiga família de proteínas de morte celular também encontradas em bactérias
O estudo mostra que o sistema imunológico absorveu elementos já existentes e, ao longo de eras de evolução, os colocou em uso de novas maneiras para atender às necessidades de criaturas tão biologicamente complicadas quanto os seres humanos.
Por Dana-Farber - 13/01/2022


Domínio público

O sistema imunológico humano, que maravilha de complexidade, sutileza e sofisticação, inclui uma família de bilhões de anos de proteínas usadas por bactérias para se defender contra vírus, descobriram cientistas do Dana-Farber Cancer Institute e em Israel.

As descobertas, publicadas online hoje pela revista Science , são as mais recentes de um crescente corpo de evidências de que os componentes do nosso sistema imunológico – um escudo tão avançado contra doenças quanto existe no planeta – evoluíram cedo nas formas de vida antigas. O estudo mostra que o sistema imunológico absorveu elementos já existentes e, ao longo de eras de evolução, os colocou em uso de novas maneiras para atender às necessidades de criaturas tão biologicamente complicadas quanto os seres humanos.

"Tem havido uma tremenda quantidade de trabalho de pesquisadores de todo o mundo para entender como funciona o sistema imunológico humano", diz o autor sênior do estudo, Philip Kranzusch, Ph.D., da Dana-Farber. “A descoberta de que partes-chave da imunidade humana são compartilhadas por bactérias fornece um novo modelo para pesquisas nessa área”.

As proteínas no centro do estudo são conhecidas como gasderminas. Quando uma célula é infectada ou se torna cancerosa, as gasderminas formam poros que perfuram sua membrana, fazendo com que ela morra. Substâncias conhecidas como citocinas inflamatórias vazam dos orifícios, sinalizando a presença de infecção ou câncer e levando o sistema imunológico a se reunir em defesa do corpo.

Esse processo, chamado piroptose, é uma faceta do repertório do sistema imunológico para matar células doentes ou infectadas. Ele complementa o processo mais conhecido de apoptose, no qual células aleijadas ou infectadas se autodestroem após serem danificadas. "A piroptose representa uma das maneiras mais rápidas que o sistema imunológico inato [a primeira linha de defesa do corpo contra patógenos] responde a ameaças potenciais", diz o coprimeiro autor do novo estudo, Alex Johnson, Ph.D., da Dana-Farber .

O genoma humano contém o código para seis proteínas gasdermina, que são expressas em níveis variados em diferentes tipos de células. Para o estudo atual, Johnson e seus colegas exploraram se os ancestrais de qualquer uma dessas proteínas existiam em bactérias.

Eles tinham boas razões para pensar que poderiam. Em 2019, Kranzusch e seus colegas descobriram que uma via de sinalização imune humana chamada cGAS-STING, que detecta anormalidades ligadas ao câncer e à infecção, se originou em bactérias. "Esta e outras descobertas nos motivaram a procurar conexões adicionais entre proteínas relacionadas ao sistema imunológico em células humanas e bacterianas ", observa Kranzusch.
 
A coprimeira autora Tanita Wein, Ph.D., a coautora sênior Rotem Sorek, Ph.D., e colegas do Weizmann Institute of Science, em Israel, analisaram seções de DNA bacteriano conhecidas como "ilhas de defesa antifágica" porque elas contêm grupos de genes que protegem as bactérias da infecção por vírus conhecidos como fagos. Eles identificaram 50 genes bacterianos previstos para dar origem a proteínas cuja estrutura era semelhante à de proteínas gasdermina em mamíferos.

"Determinei uma série de estruturas dessas proteínas usando cristalografia de raios-X, que confirmou em detalhes atômicos sua semelhança arquitetônica com gasderminas de mamíferos", relata Johnson. Os tipos de bactérias que abrigam essas proteínas são comuns, vivendo no solo, nas folhas e em outros habitats naturais. (A bactéria específica mais estudada na pesquisa de Johnson foi identificada pela primeira vez em uma planta de milho em Wisconsin.)

O trabalho estrutural de Johnson mostrou que, embora as gasderminas humanas e bacterianas sejam estruturalmente semelhantes, as versões bacterianas tendem a ser cerca de metade do tamanho, mas servem como blocos de construção para poros de membrana maiores do que os observados em humanos. Todos esses gasderminas são ativados por um mecanismo semelhante, mas a cadeia de eventos que eles põem em movimento é muito mais extensa nas células humanas. Nas células bacterianas, a infecção viral pode fazer com que as células morram de membranas perfuradas, interrompendo os vírus em suas trilhas. Nas células humanas, a morte de uma célula infectada desencadeia uma cascata de eventos que traz outros elementos do sistema imunológico para influenciar a infecção.

"Este é um exemplo de uma forma muito primitiva de defesa, que em humanos foi adaptada e expandida com sistemas regulatórios que permitem que nossos corpos respondam a infecções ou câncer", diz Kranzusch.

A descoberta de vestígios de uma forma primitiva de imunidade dentro da complexidade impressionante do sistema imunológico humano pode ajudar os pesquisadores a entender melhor como o sistema surgiu. "Ver a versão mais simples de uma máquina pode lhe dar um novo nível de compreensão da máquina como um todo", observa Kranzusch. "O mesmo princípio pode ser aplicado à pesquisa do sistema imunológico."

Os coautores do estudo são: Brianna Duncan-Lowey, Ph.D., de Dana-Farber; Megan Mayer, MS, do Harvard Center for Cryo-Electron Microscopy; e Erez Yimiya, Yaara Oppenheimer-Shaanan, Ph.D., e Gil Amitai, Ph.D., do Instituto Weizmann.

 

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