A doença de Parkinson (DP) éum distaºrbio neurodegenerativo debilitante, comprometendo as funa§aµes motoras de milhões de idosos em todo o mundo.
Crédito: Laborata³rio Gradinaru / Caltech
O laboratório Gradinaru desenvolve e utiliza vetores virais
para fornecer genes desejados em células especaficas
atravanãs de uma injeção não invasiva na corrente sanguínea.
Aqui, genes para três proteanas fluorescentes são entregues
por vetores virais nas células do sistema nervoso
gastrointestinal. Essa tecnologia pode ser usada para marcar
e criar células de imagem, como visto aqui, ou para fornecer
genes que podem melhorar doena§as.
A doença de Parkinson (DP) éum distaºrbio neurodegenerativo debilitante, comprometendo as funções motoras de milhões de idosos em todo o mundo. Muitas vezes, as pessoas com DP experimentam distúrbios na função gastrointestinal, como constipação, anos antes dos sintomas motores.
Exames post-mortem do cérebro de pessoas com DP mostraram que suas células cerebrais que controlam o movimento estãorepletas de agregados, ou aglomerados, de uma proteana chamada alfa-sinucleana (α-Syn). Agora, trabalhando com modelos de camundongos, os pesquisadores da Caltech semearam agregados α-Syn em neura´nios no intestino e descobriram que esses aglomerados podem viajar para afetar os neura´nios no cérebro - mas esse processo depende da idade.
Normalmente, os camundongos produzem uma enzima capaz de quebrar esses aglomerados, mas a medida que envelhecem, eles podem perder essa capacidade, o que poderia explicar por que a DP se desenvolve mais frequentemente em pessoas idosas. Os pesquisadores mostraram que a injeção de camundongos com vetores de entrega sistemicos portadores de genes que codificam essa enzima ajudou a melhorar parte da aglomeração e restaurar parcialmente a função adequada do intestino.
Um artigo descrevendo a pesquisa aparece na edição de 17 de fevereiro da revista Nature Neuroscience . O trabalho foi liderado por pesquisadores do laboratório de Viviana Gradinaru (BS '05), professora de Neurociênciae engenharia biológica do Heritage Medical Research Institute Investigator e diretora do Centro de Neurociaªncia Molecular e Celular do Instituto de Neurociaªncia Tianqiao e Chrissy Chen. na Caltech .
Como agregados de α-Syn também foram encontrados em neura´nios no intestino de pessoas com DP, alguns pesquisadores levantam a hipa³tese de que a agregação de α-Syn comea§a primeiro no sistema nervoso do intestino. A idanãia éque os agregados proteicos pulem de neura´nio em neura´nio, viajando do sistema nervoso intestinal atéo nervo vago e entrando no cérebro, semeando a formação de agregados adicionais ao longo do caminho.
"O nervo vago éuma conexão física entre neura´nios no intestino e neura´nios no cérebro. Se esses aglomerados de proteanas prejudiciais se originam primeiro nos neura´nios intestinais, no futuro poderemos diagnosticar a DP mais cedo e potencialmente usar a entrega de genes para restaurar funções a s células para que possam limpar os agregados ", diz Collin Challis, ex-pesquisador de pa³s-doutorado e primeiro autor do estudo.
Para testar isso, a equipe Caltech injetou o revestimento gastrointestinal de camundongos com agregados αSyn e depois monitorou os agregados para ver se eles estavam progredindo atéo tronco cerebral.
Em camundongos adultos, a equipe encontrou a progressão dos aglomerados αSyn, mas não viu o desenvolvimento de deficiências motoras. Os aglomerados αSyn também progrediram em camundongos idosos (cerca de 16 meses), mas exibiram distúrbios gastrointestinais - motilidade gástrica prejudicada e hidratação fecal de panãletes - e sintomas motores.
A questãopara a equipe, diz Challis, foi por que esses agregados causam distúrbios motores em camundongos mais velhos, enquanto animais mais jovens não são afetados. "Amedida que envelhecemos, não somos tão eficientes em lidar com patógenos ou proteanas mal dobradas. A doença de Parkinson pode ser um exemplo disso", diz ele.
Sabia-se que a enzima glucocerebrosidase (GCase) tem a capacidade de decompor aglomerados αSyn. Essa enzima éproduzida naturalmente por camundongos - e um ana¡logo funciona de maneira semelhante em humanos - mas se um camundongo perde a capacidade de produzi-lo, as proteanas αSyn comea§am a se agrupar.
Para estudar o efeito da GCase nos sintomas relacionados a DP, a equipe usou camundongos geneticamente modificados para superproduzir o αSyn e injetou nos animais genes que codificam para a GCase. Esses genes foram empacotados em uma variante do varus adeno-associado (AAV), uma concha viral inofensiva que foi previamente projetada pelo laboratório Gradinaru como um tipo de veaculo de entrega para levar material genanãtico a s células intestinais pela corrente sanguínea. A equipe descobriu que a GCase restaurou parcialmente a função intestinal normal nesses camundongos e diminuiu os agregados nos neura´nios intestinais.
"Mutações no gene que codifica a GCase são responsa¡veis ​​pela doença de Gaucher e um fator de risco na DP. Nosso trabalho mostra que esse gene pode ser entregue pelos AAVs para resgatar sintomas gástricos em camundongos e enfatiza que os neura´nios perifanãricos são um alvo útil no tratamento da DP. , além do cérebro ", diz Gradinaru.
Um artigo descrevendo a pesquisa éintitulado " Fibras de α-sinucleana semeadas no intestino promovem disfunção intestinal e patologia cerebral especificamente em ratos idosos ". Além de Challis e Gradinaru, co-autores adicionais são a estudante Acacia Hori; ex-pesquisador de pa³s-doutorado Timothy Sampson; estudante de graduação Bryan Yoo; ex-bolsista de pa³s-doutorado Rosemary Challis; Adam Hamilton, da Faculdade de Medicina da Universidade Emory, em Atlanta; Sarkis Mazmanian, Luis B. e Nelly Soux, professor do Instituto de Pesquisa Manãdica em Microbiologia e Patrima´nio; e Laura Volpicelli-Daley, da Universidade do Alabama. O financiamento foi fornecido pelos Institutos Nacionais de Saúde, Departamento de Defesa, Heritage Medical Research Institute, Pew Charitable Trusts, Rogers Fellowship for Parkinson's Research e CZI Neurodegeneration Challenge Network. Mazmanian e Gradinaru são membros do corpo docente afiliado ao Instituto Tianqiao e Chrissy Chen de Neurociaªncia da Caltech