Estudo revela potencial alvo para o combate a doenças relacionadas com mutações no DNA mitocondrial

Com o envelhecimento, o material genético mutante tende a se acumular nas organelas celulares responsáveis pela produção de energia para o corpo, contribuindo para o surgimento de enfermidades. Pesquisadores da UFSCar descobriram que um mecanismo de limpeza celular conhecido como autofagia pode modular esse fenômeno

Theo Ruprecht | Agência FAPESP – Uma pesquisa brasileira revela o provável mecanismo biológico que modula o acúmulo de DNA mitocondrial mutante nas células durante o envelhecimento, principalmente no fígado. Trata-se da autofagia – um processo de limpeza celular que destrói organelas (entre elas a mitocôndria) e recicla seus componentes. A descoberta resolve um paradigma da área e aponta uma hipótese para o surgimento de doenças associadas ao DNA mitocondrial, o que abre caminho para a busca de tratamentos.

O trabalho, apoiado pela FAPESP, foi publicado no periódico científico Autophagy.

As mitocôndrias são estruturas responsáveis pela respiração celular, que processam substratos para fornecer energia ao organismo. Essas organelas possuem um genoma próprio, que é herdado somente da mãe – diferentemente do DNA encontrado no núcleo das células, que é herdado dos dois genitores. E esse material genético também está sujeito a mutações. Algumas dessas alterações deflagram doenças: estima-se que ao menos uma a cada 5 mil pessoas seja diagnosticada com distúrbios mitocondriais. Um deles é conhecido como síndrome de MELAS (sigla em inglês para miopatia mitocondrial, encefalopatia, acidose lática e episódios semelhantes a acidente vascular cerebral), que pode causar sintomas como convulsões, dores, alteração do nível de consciência e déficits neurológicos focais que mimetizam um quadro de AVC.

“Mas além das doenças causadas diretamente pela mutação no DNA mitocondrial há outras em que essas alterações podem, ao menos em parte, contribuir para o seu surgimento”, aponta Marcos Chiaratti, professor do Departamento de Genética e Evolução da Universidade Federal de São Carlos (UFSCar) e coordenador da pesquisa. Segundo ele, diabetes, Parkinson e Alzheimer estariam entre elas.

Esse estudo, portanto, pode abrir as portas para testar tratamentos que atuem no processo de autofagia no contexto de diferentes enfermidades.

A hipótese

Já está comprovado que o acúmulo de mutações no DNA mitocondrial está associado ao envelhecimento. “A questão era descobrir o motivo por trás disso”, diz Chiaratti. Teorias como a de que essas alterações viriam da replicação do DNA mitocondrial ou da proliferação celular haviam sido descartadas por estudos anteriores.

Como a autofagia é um mecanismo celular importante e que participa da reciclagem das mitocôndrias, Chiaratti e seus colegas resolveram avaliar se ela estaria ligada de alguma forma às mutações no DNA mitocondrial. “A autofagia está na moda; há uma literatura científica crescente sobre ela”, conta Chiaratti. Em 2016, o japonês Yoshinori Ohsumi recebeu o Prêmio Nobel de Medicina pela descrição desse processo.

Metodologia

Virtualmente todo mundo carrega alguma quantidade de DNA mitocondrial mutante, mas em baixa quantidade. A mistura de DNA mitocondrial selvagem com o mutante é chamada de heteroplasmia.

Para esse estudo, Chiaratti utilizou camundongos com 30% de heteroplasmia. Ou seja, os animais tinham cerca de 30% de um genoma mitocondrial que não era próprio da linhagem: o NZB/BINJ (ou NZB). O restante era do tipo C57BL/6N (ou BL6) e considerado “normal”.

O grupo da UFSCar passou a cruzar esses camundongos com outros que não possuíam o gene atg7 especificamente no fígado. Sem esse gene, a maquinaria necessária para a autofagia simplesmente desaparece. “Gastamos quase um ano só com acasalamentos”, calcula Chiaratti.

Após esse período, chegou-se a duas linhagens: uma de controle (com a presença do DNA mitocondrial do tipo NZB e com o gene atg7) e outra sem capacidade de realizar a autofagia no fígado (com NZB, mas sem o gene atg7 nas células hepáticas). O segundo grupo é o que se chama de knockout para o atg7.

O grupo fez avaliações para verificar se a autofagia interferiria no acúmulo de DNA mitocondrial mutante com o passar do tempo. Após dez dias de vida, a presença de NZB era semelhante em todos os tecidos das duas linhagens de camundongo. Já no 21o dia, o fígado dos animais controle começou a acumular NZB no fígado, enquanto os do grupo knockout preservaram a mesma proporção de antes. Com cem dias, quando são considerados adultos, os roedores do grupo controle apresentavam uma predominância ainda maior de DNA mitocondrial do tipo NZB no fígado, enquanto os knockouts praticamente mantiveram os mesmos níveis do nascimento, tornando a diferença entre as duas turmas ainda mais evidente. Isso sinalizou que a autofagia executa um papel no acúmulo de DNA mitocondrial mutante típico do envelhecimento.

Mas os pesquisadores foram além e buscaram uma validação da descoberta. Dessa vez, eles recorreram a camundongos sem o gene Prkn, responsável por uma etapa da autofagia. Nesses animais a autofagia até ocorre, mas de maneira deficiente. “Então novamente comparamos esses roedores com outros do grupo controle”, explica Chiaratti.

Resultado: com o passar do tempo, os animais knockout para o Prkn até passaram a acumular o DNA mitocondrial do tipo NZB, porém em proporção menor aos do grupo controle. “Isso reforçou a teoria de que a autofagia está envolvida, pois a manipulação de outro gene ligado a ela também gerou mudanças nos dados”, destaca o professor da UFSCar.

Os pesquisadores notaram ainda que, nos animais sem knockout, a autofagia se concentrava mais na destruição do DNA mitocondrial do tipo BL6. Em outras palavras, os roedores do grupo controle tinham uma maior predominância de NZB porque esse tipo de DNA mitocondrial não era o alvo primário da autofagia.

Ao analisar isso a fundo, descobriu-se que a presença de NZB eleva a capacidade respiratória da mitocôndria em células do fígado. “Então nós postulamos que a autofagia ajudaria a eliminar as mitocôndrias menos funcionais e a preservar as mais aptas, o que é algo positivo”, destaca.

Já em outra etapa da investigação, os pesquisadores isolaram fibroblastos (um tipo de célula do tecido conjuntivo) dos camundongos e observaram, in vitro, que o DNA mitocondrial do tipo NZB diminuía nesse cenário com o passar do tempo. Contudo, ao aplicar na amostra fármacos que estimulavam a autofagia, essa eliminação era praticamente revertida. “Foi outro sinal da importância da autofagia no processo de regulação do DNA mitocondrial”, conclui Chiaratti.

Próximos passos

Embora o DNA mitocondrial do tipo NZB seja considerado mutante nos camundongos utilizados, a pesquisa indica que ele não é deletério para o fígado – como já foi descrito, ele melhora a capacidade respiratória das mitocôndrias em células hepáticas. “Agora precisamos investigar o fenômeno com diferentes DNAs mitocondriais reconhecidamente patológicos”, adianta Chiaratti.

Caso a autofagia se mostre relevante também nesse contexto, os especialistas podem começar a testar tratamentos que estimulem esse mecanismo de limpeza celular contra doenças afetadas pelo funcionamento das mitocôndrias. Chiaratti pondera ainda que trabalhos futuros devem examinar o papel da autofagia no acúmulo de DNA mitocondrial em outros tecidos do corpo, uma vez que seus esforços se concentraram em células do fígado e em fibroblastos isolados.

O artigo Autophagy deficiency abolishes liver mitochondrial DNA segregation é assinado por pesquisadores da UFSCar, da Universidade de São Paulo (USP), do Cedars-Sinai Medical Center e da Universidade Stanford, ambas nos Estados Unidos. O trabalho teve apoio da FAPESP por meio de sete projetos (16/07868-4, 17/05899-2, 17/04372-0, 18/20028-0, 20/15412-6, 19/25049-9 e 12/50231-6) e pode ser lido na íntegra em: www.tandfonline.com/eprint/76MFBNGZFGNQQQYYR2TX/full?target=10.1080/15548627.2022.2038501.