Terapia gênica validada em celulas estaminais SCA3 humanas

Escrito por Dr. Marija Cvetanovic, Editado por Dr. Sriram Jayabal, Traduzido para Português por Guilherme Santos, Publicado inicialmente em: 20 de março de 2020.

Grupo de pesquisa em Michigan relata a criação do primeiro modelo de célula humana aprovado pelo NIH que reflete as características da doença SCA3 – defeitos celulares que, após terapia genética, mostram melhora

A ataxia espinocerebelar tipo 3 (SCA3) é uma doença genética de início tardio, de herança dominante, que afeta várias regiões do cérebro. Os indivíduos afetados sofrem de vários sintomas, sendo a coordenação do movimento a mais prejudicada e debilitante. A SCA3 é causada por uma mutação no gene Ataxin-3 (ATXN3). Em indivíduos não afetados, o gene ATXN3 geralmente tem de 12 a 44 repetições do código genético “CAG;” no entanto, no código genético de algumas pessoas, o número de repetições de CAG pode se tornar anormalmente alto. Se essa mutação de “expansão repetida” fizer com que o gene ATXN3 tenha mais de 56 repetições CAG, a pessoa desenvolverá ataxia SCA3. As células usam sequências CAG repetidas em seu genoma para produzir proteínas com longas extensões do aminoácido glutamina. Nas células SCA3, esses tratos de “poliglutamina” (polyQ) são anormalmente longos na proteína ATXN3, o que torna a proteína mais propensa a formar aglomerados (ou “agregados”) na célula. A presença desses aglomerados de proteínas nas células do cérebro é uma das características do SCA3.

Apesar de conhecer a causa genética da SCA3, ainda não se sabe como essa mutação afeta as células no nível molecular. Dito isto, vários modelos celulares e animais foram desenvolvidos nas últimas duas décadas para ajudar a estudar esses mecanismos subjacentes. Os modelos SCA3 não apenas ajudaram a nossa compreensão da progressão da doença em todos os níveis (molecular, celular, tecido e comportamental), mas também nos ajudaram a nos aproximar de intervenções terapêuticas. Por exemplo, estudos recentes usando modelos de camundongo SCA3 estabeleceram que direcionar o ATXN3 com uma forma de terapia genética conhecida como tratamento com oligonucleotídeo antisense (ASO) poderia muito bem ser uma estratégia eficaz para melhorar a vida dos pacientes. Os ASOs direcionados ao ATXN3 fazem com que as células do cérebro produzam menos proteína ATXN3 mutante e, quando administradas a camundongos SCA3, melhoram sua função motora. Esses resultados apoiam fortemente o uso potencial de ASOs no tratamento da SCA3. Ainda assim, é importante verificar se esse achado pode ser repetido em neurônios humanos (um passo necessário para nos aproximar dos ensaios clínicos da ASO).

Female scientist in a while lab coat busy at work, we are looking at her from behind through some glass bottles
Imagem de um cientista pesquisador trabalhando no laboratório. Imagem cortesia de pxfuel.

A experiência anterior de ensaios clínicos malsucedidos destaca a importância de determinar as semelhanças e diferenças entre humanos e camundongos quando se trata de doença. Por exemplo, a mutação SCA3 não ocorre naturalmente em camundongos; portanto, modelar SCA3 em camundongos geralmente requer manipulação genética adicional, o que poderia levar a efeitos inesperados que normalmente não vemos nos humanos. Além disso, podemos perder importantes determinantes da patologia de SCA3 devido às diferenças inerentes entre humanos e camundongos. Por exemplo, proteínas que ajudam a contribuir para a SCA3 em pacientes humanos podem simplesmente não estar presentes nos neurônios do rato (e vice-versa). Devido a essas diferenças de espécies, as intervenções terapêuticas eficazes em camundongos nem sempre são tão eficazes em humanos.

Os neurônios humanos SCA3 podem ajudar a preencher a lacuna entre modelos de roedores e pacientes humanos, atuando como uma ferramenta clinicamente relevante para examinar os mecanismos da doença e testar novas terapias. Como não podemos remover uma parte do cérebro de um paciente com SCA3 para estudar a doença, esses neurônios devem ser criados em laboratório. Os neurônios humanos podem ser gerados a partir de células estaminais pluripotentes induzidas (iPSCs) ou de células estiminais embrionárias humanas (hESCs). As células estaminais pluripotentes induzidas (iPSCs) são produzidas a partir de células adultas (geralmente células do sangue ou da pele) que são reprogramadas para retornar a uma forma semelhante a um embrião (conhecido como estado “pluripotente”). Assim como durante o desenvolvimento normal, as iPSCs podem criar muitos tipos diferentes de células, incluindo neurônios. Um problema com essa abordagem é que o processo de reprogramação pode potencialmente alterar essas células de maneira a afetar a forma como a doença se apresenta. Para evitar esse problema, os pesquisadores também podem criar neurônios humanos a partir de células estaminais embrionárias humanas (hESCs), derivadas de embriões e, portanto, naturalmente pluripotentes. Como os hESCs não requerem reprogramação, é mais provável que modelem com precisão a doença. No entanto, eles são mais difíceis de obter e trabalhar. Os pesquisadores deste estudo, liderados por Lauren Moore no laboratório do Dr. Hank Paulson na Universidade de Michigan, usaram hESCs para gerar o primeiro modelo SCA3 aprovado pelo Instituto Nacional de Saúde (Americano) – National Institutes of Health (NIH) usando células humanas.

A equipe obteve as células estaminais embrionárias SCA3 de embriões criados originalmente para fertilização in vitro: quando os embriões apresentaram resultado positivo para a mutação causadora da SCA3, as famílias participantes optaram por doá-las à Universidade de Michigan em vez de implantá-las. Os pesquisadores descobriram que, mesmo antes de serem diferenciadas em neurônios, as células estaminais embrionárias SCA3 reproduziam muitas características da SCA3 – incluindo a formação de agregados de proteína ATXN3. E, depois de formarem neurônios SCA3 humanos a partir dessas células, os autores descobriram a mesma coisa. Portanto, essa é uma linhagem celular que aprimora nossa capacidade de modelar a SCA3 humana e fornece aos pesquisadores uma ferramenta essencial que podemos usar para entender melhor a patologia da SCA3 em neurônios humanos. Por exemplo, ainda não entendemos completamente se os agregados de proteína ATXN3 mutantes são ruins para os neurônios. Uma das razões para nosso desconhecimento nessa área é que os agregados não se formam facilmente em muitas das linhas celulares SCA3 criadas até agora – incluindo os iPSCs SCA3 humanos. De fato, para formar agregados nas células, os cientistas geralmente precisam realizar manipulações químicas ou genéticas adicionais. Como esses procedimentos têm o potencial de alterar as células de muitas maneiras diferentes, usá-las torna muito mais difícil a interpretação dos resultados observados. Portanto, essa nova linha de células SCA3 – na qual os agregados são facilmente formados – provavelmente aumentará significativamente nossa compreensão sobre se os agregados ATXN3 são bons ou ruins para os neurônios.

Dito isto, o resultado mais impressionante relatado pelos pesquisadores aqui é a validação de um tratamento para a ataxia SCA3 promissor: terapia gênica com ASOs. Como mencionado acima, os ASOs se mostraram eficazes na redução dos sintomas da doença em modelos de camundongos com SCA3. Neste estudo, os pesquisadores tratam seu novo modelo de neurônio humano com ASOs direcionados ao ATXN3. Eles descobriram que o tratamento com ASO reduzia os níveis de ATXN3 e, mais importante, melhorava os defeitos associados à doença nos neurônios humanos da SCA3. Isso representa uma validação significativa do poder da terapia gênica usando ASOs direcionados a ATXN3 e aumentará ainda mais seu potencial para se tornar um tratamento bem-sucedido para SCA3.

Em resumo, essa equipe de pesquisa desenvolveu o primeiro modelo da doença SCA3 aprovado por NIH a partir de ESCs humanos. Esse modelo deve servir como uma ferramenta importante para o estudo dos mecanismos da SCA3 e para testar a eficácia de possíveis abordagens terapêuticas – um recurso que eles já aproveitaram ao validar a eficácia de uma estratégia de tratamento da ASO para a SCA3.

Palavras-chave

Pluripotência: capacidade de uma célula originar muitos tipos diferentes de células.

Tradução: a criação de proteínas nas células, onde a célula “lê” as instruções copiadas do DNA para o RNA, a fim de produzir a proteína final. Para aprender mais sobre tradução, leia nosso instantâneo sobre o que é RNA?

Declaração de conflito de interesse

Os autores e o editor declaram não haver conflito de interesses.

Quatro autores do artigo original (L. Moore, D. Bushart, H. McLoughlin e M. Do Carmo Costa) são colaboradores do SCAsource. Nenhum desses autores teve qualquer contribuição para a redação ou edição deste resumo.

Citação do Artigo Revisto

Moore, L. R., Keller, L., Bushart, D. D., Delatorre, R. G., Li, D., McLoughlin, H. S., do Carmo Costa, M., Shakkottai, V. G., Smith, G. D., & Paulson, H. L. (2019). Antisense oligonucleotide therapy rescues aggresome formation in a novel spinocerebellar ataxia type 3 human embryonic stem cell line. Stem cell research, 39, 101504. https://doi.org/10.1016/j.scr.2019.101504