A segmentação da localização intracelular da ataxina-3 como nova estratégia de tratamento para a ataxia espinocerebelosa tipo 3 (SCA3)

Thorsten Schmidt, Ph.D.

Universidade de Tubingen, Tübingen, Alemanha

A ataxia espinocerebelosa tipo 3 (SCA3), que é também conhecida como doença de Machado-Joseph (DMJ) é provocada pela expansão de uma repetição em série de três elementos de ADN, C, A e G no âmbito do chamado gene da ataxina-3. O gene da ataxina-3 serve como modelo da proteína ataxina-3. Em pacientes com SCA3, as moléculas da proteína agregam-se em subpopulações características das 100 mil milhões de células do cérebro humano. Estes agregados de proteínas são tipicamente encontrados no interior do núcleo celular, embora a ataxina-3 normalmente resida no citoplasma. Isto significa que, na SCA3, "algo" impacta a localização da ataxina-3, move-a a partir do citoplasma para o núcleo e permite que agregue lá. Nos últimos anos, estudámos extensivamente este movimento da ataxina-3 no interior da célula. Saliente-se que observámos que modelos específicos de rato desenvolvem sintomas da SCA3, só se a ataxina-3 se mover para o núcleo. Em outras palavras: Mantendo a ataxina-3 no citoplasma protegeu os nossos ratos da doença! Portanto, antecipámos este processo de transporte como uma nova estratégia alvo ou tratamento para a SCA3. Mas qual o medicamento capaz de manter a ataxina-3 no citoplasma? O desenvolvimento de um novo medicamento pode demorar anos ou mesmo décadas, pois são necessários extensos estudos sobre a sua função e segurança, até que seja aprovado pela FDA (Food and Drug Administration – entidade responsável pela aprovação de novos medicamentos nos EUA) para uso em humanos. Perguntámo-nos, portanto, se os medicamentos que já são aprovados pela FDA e no mercado (mas para uma indicação diferente) podem afetar a localização da ataxina-3. De modo a identificar tais medicamentos, gerámos um ensaio que permite avaliar se um determinado composto ou fármaco é capaz de reter a ataxina-3 no citoplasma. Recentemente utilizámos este ensaio para testar um conjunto de medicamentos aprovados pela FDA e identificámos dois medicamentos que não só mantêm a ataxina-3 no citoplasma, mas também podem até mesmo impedir a sua agregação. Os medicamentos identificados já estão no mercado há décadas (para a sua respetiva indicação) e são usados por milhões de pacientes. A fim de descobrir se estes medicamentos também podem ser utilizado para o tratamento da SCA3, pretendemos confirmar, com este projeto, se qualquer dos dois medicamentos é eficaz em mamíferos, isto é, no nosso modelo de rato com SCA3. A confirmação positiva não significa que este medicamento poderia imediatamente ser administrado a pacientes humanos com SCA3, mas seria um próximo passo crítico para o desenvolvimento de um tratamento para a SCA3.

(esta investigação vai receber um financiamento da NAF, conforme notícia de 13 de abril de 2015 - http://artigosataxiashereditarias.blogspot.pt/2015/04/investigacoes-sobre-ataxia.html)

Fonte: http://www.ataxia.org/research/studies/2015/P/naf-research-schmidt.aspx

Definindo as vias que regulam os níveis da proteína poliglutamínica na DMJ/SCA3

Maria do Carmo Pereira da Costa, Ph.D.

Universidade do Michigan, Ann Arbor, MI, EUA

Apesar dos muitos avanços que têm sido feitos para o entendimento das doenças poliglutamínicas (poliQ), nenhum tratamento preventivo está ainda disponível para este grupo de doenças neurodegenerativas fatais, que incluem a doença de Machado-Joseph (DMJ), também conhecida como ataxia espinocerebelosa tipo 3 (SCA3). Na DMJ e outras doenças poliQ a proteína mutante tóxica acumula-se. Assim, uma estratégia terapêutica simples é a de reduzir os níveis do gene mutante ou proteína codificada.

O objetivo desta proposta é identificar as vias moleculares que modulam os níveis da polyQ ATXN3 expandida, a proteína tóxica que causa a DMJ. Procuro compreender a biologia da ATXN3, em particular a sua estabilidade celular e depuração, com o objetivo a longo prazo de manipular vias celulares específicas para reduzir os níveis da ATXN3 tóxica, como uma terapia potencial para a DMJ. Recentemente rastreei o genoma humano completo (18.110 genes) para genes que modulam a ATXN3 mutante em abundância nas células. Com base neste dados de todo o genoma e usando bioinformática proponho selecionar um grupo de genes candidatos para posterior validação num modelo de célula independente da DMJ. Usarei, então, abordagens farmacológicas e/ou genéticas para validar adicionalmente vias moleculares que regulam a abundância da ATXN3 mutante no cérebro utilizando ratos que são modificados para expressar o gene mutante humano completo. Os estudos propostos vão fazer avançar o conhecimento sobre como as células lidam com esta importante proteica ataxia e identificar novos alvos celulares para uma terapia potencial para doentes com DMJ.

(esta investigação vai receber um financiamento da NAF, conforme notícia de 13 de abril de 2015 - http://artigosataxiashereditarias.blogspot.pt/2015/04/investigacoes-sobre-ataxia.html)

Fonte: http://www.ataxia.org/research/studies/2015/YI-SCA/naf-research-costa.aspx

Determinantes da patogénese neurónio-específica: estudo num modelo C. elegans da SCA3

 C. elegans

Andreia Teixeira-Castro, Ph.D.

Universidade do Minho, Braga, Portugal

A ataxia espinocerebelosa tipo 3 (SCA3), também conhecida como doença de Machado-Joseph (DMJ), é causada por mutações na proteína ataxina-3 que tornam esta proteína propensa a agregar e ser tóxica para grupos específicos de neurónios. Isso leva à neurodegeneração progressiva e os sintomas típicos da SCA3: ataxia e limitações severas no movimento dos olhos e da deglutição, entre outros. Atualmente não há tratamento eficaz para esta doença. Neste projeto, estamos interessados ​​em entender por que a proteína mutante ataxina-3, apesar de estar presente em quase todas as regiões do corpo humano, incluindo o cérebro, parece afetar e causar a morte de células específicas do cérebro (neurônios) e não a todas. Para isto, iremos utilizar um modelo da doença no verme C. elegans, que apesar de ser um animal muito simples, possui um sistema nervoso muito bem caracterizado de 302 neurónios, é muito bem caracterizado a nível molecular e genético, é transparente - permitindo a monitorização de eventos dentro dos neurónios do animal vivo, e, ao contrário dos ratos modelo, é passível de estudos em grande escala. Este modelo, o qual foi gerado no nosso laboratório, expressa a proteína humana mutante no seu sistema nervoso e replica características importantes da doença, tais como a agregação da ataxina-3 e um défice neurológico dos animais (incluindo o movimento anormal). Vamos usá-lo para analisar cada um dos 302 neurónios e para determinar quais subtipos de neurónios são afetados pela expressão da ataxina-3 mutante humana (através da identificação dos neurónios que contêm inclusões/agregados de ataxina-3). De seguida, vamos isolar esses neurónios e também outros resistentes à presença da ataxina-3 mutante e vamos analisar todas as moléculas (perfis de ARN) que estão presentes em neurónios afetados contra neurónios resistentes no verme com SCA3. A partir deste trabalho, esperamos identificar novos intérpretes, que vão nos ajudar a entender melhor o padrão intrigante de neurodegeneração e acreditamos que essas moléculas podem constituir novos alvos celulares para o desenvolvimento de novas terapias para a SCA3.

C. elegans – Caenorhabditis elegans é uma espécie de nematódeo da família Rhabditidae,  que mede cerca de 1 milímetro de comprimento e vive em ambientes temperados. Tornou-se um importante modelo para o estudo da biologia, especialmente a biologia do desenvolvimento, desde a década de 1970.

(Fonte: http://pt.wikipedia.org/wiki/Caenorhabditis_elegans)

(esta investigação vai receber um financiamento da NAF, conforme notícia de 13 de abril de 2015 - http://artigosataxiashereditarias.blogspot.pt/2015/04/investigacoes-sobre-ataxia.html)

Fonte: http://www.ataxia.org/research/studies/2015/R/naf-research-teixeira-castro.aspx

Mutação no ADN induzida pelas repetições na ataxia de Friedreich

Uma longa sequência de repetições no ADN são a base molecular para a ataxia de Friedreich. O início do primeiro intrão do FXN, o gene que codifica a proteína frataxina, tem um número anormalmente grande de repetições GAA em pacientes com ataxia de Friedreich, em comparação com indivíduos normais. Um grande conjunto de evidências que mostra repetições de ADN aumenta a probabilidade de mutações em torno de segmentos de ADN, em parte devido à instabilidade cromossómica das mutações de repetição, e este fenómeno é denominado mutagénese induzida por repetição (RIM).

O Dr. Shah Kartik e o Dr. Sergei Mirkin no Departamento de Biologia da Universidade Tufts (EUA) estão a trabalhar para entender a RIM. Eles recentemente reviram os dados experimentais que suportam a base científica da RIM no artigo, "O Lado Oculto das ​​Repetições de ADN Instáveis: Mutagénese à Distância", que foi publicado na revista DNA Repair.

Concentrando-se especificamente nas repetições GAA na ataxia de Friedreich, a RIM pode ocorrer, pelo menos, três vezes mais frequentemente em células derivadas de pacientes com ataxia de Friedreich. O número de unidades de repetição também faz a diferença: a duplicação do número de repetições aumenta a taxa de mutação 100 vezes. Estas mutações geralmente vêm na forma de alterações de nucleotídeos únicos que estão dentro de um quilobase das repetições em qualquer direção.

Mais do que apenas o ADN repetir-se, pode afetar a taxa de RIM. Polimerases de ADN que leem e sintetizam ADN podem levar a mutações RIM em torno das repetições GAA. As RIM relacionadas com as repetições GAA são mais frequentemente causadas por polimerase zeta.

Para tomar nota, a deficiência de frataxina é devido em grande parte à macro mudanças no ADN resultantes de repetições GAA. As unidades de repetição podem formar estruturas que bloqueiam o alongamento da transcrição, um passo necessário que antecede a síntese de proteínas. No entanto, pela compreensão dos mecanismos por trás da RIM relacionados com as repetições GAA, os investigadores podem ser capazes de explorar técnicas de engenharia genética para desenvolver novos tratamentos para a ataxia de Friedreich.

Fonte: http://friedreichsataxianews.com/2015/05/07/dna-mutation-induced-friedreichs-ataxia-repeats/

Inibidores Src modulam os níveis da proteína frataxina

Fabio Cherubini, Dario Serio, Ilaria Guccini, Silvia Fortuni, Gaetano Arcuri, Ivano Condò, Alessandra Rufini, Shadman Moiz, Serena Camerini, Marco Crescenzi, Roberto Testi e Florence Malisan

Resumo

A expressão defeituosa da frataxina é responsável pela doença degenerativa progressiva hereditária, ataxia de Friedreich (FRDA). Atualmente, não há tratamento aprovado eficaz para a FRDA e os pacientes morrem prematuramente. A expressão defeituosa da frataxina provoca alterações metabólicas críticas, incluindo desequilíbrio e deficiência da ATP. Uma vez que estas alterações são conhecidas por regular a tirosina-quinase Src, investigámos se os Src podem, por sua vez, afetar a expressão da frataxina. Descobrimos que a frataxina pode ser fosforilada pelos Src. A fosforilação ocorre principalmente no Y118 e promove a ubiquitinação da frataxina, um sinal para a degradação. Assim, os inibidores Src induzem a acumulação da frataxina, mas são ineficazes na frataxina-Y118F mutante não-fosforilável. Mais importante, todos os inibidores Src testados, alguns deles já na clínica, aumentam a expressão da frataxina e resgatam o defeito aconitase nas células deficientes em frataxina derivadas de pacientes com FRDA. Assim, os inibidores Src emergem como uma nova classe de medicamentos capazes de promover a acumulação de frataxina, sugerindo a sua possível utilização como agentes terapêuticos na FRDA.

ATP – adenosina trifosfato

Src – genes sarcoma

Inibidores Src – classe de inibidores que têm como alvo a família quinase Src

Fonte: http://hmg.oxfordjournals.org/content/early/2015/05/05/hmg.ddv162.abstract

Quando ganhar é perder – estudo da função da ataxina-3 e da sua perturbação no contexto da doença de Machado-Joseph

Título:

Quando ganhar é perder – estudo da função da ataxina-3 e da sua perturbação no contexto da doença de Machado-Joseph

Autor:

Carvalho, Andreia Alexandra Neves de

Orientador:

Maciel, P.

Data:

1-Dez-2014

Resumo:

A Ataxina-3 (ATXN3) é a proteína envolvida na Doença de Machado-Joseph (DMJ), uma das nove doenças neurodegenerativas que se sabe serem causadas por uma expansão de poliglutaminas (poliQ). Este trato de poliQ causa o aparecimento de espécies proteicas com uma conformação anormal, agregados proteicos, disfunção neuronal e morte celular. A ATXN3 interage com cadeias de poliubiquitina e tem atividade de ubiquitina hidrolase (DUB) in vitro, mas os seus substratos e a(s) sua(s) função(ões) fisiológica(s) permanecem desconhecidos, especialmente em neurónios. Dado que a hipótese actualmente mais aceite relativa ao mecanismo patogénico da DMJ considera que o trato de poliQ expandido confere um ganho tóxico de função à ATXN3, não tem sido dedicada muita atenção à sua função normal. Contudo, acredita-se que a perda parcial da função normal da ATXN3 também pode contribuir e modular a progressão da doença. Este estudo baseou-se na ideia de que conhecer a função fisiológica normal da ATXN3 será relevante para conseguirmos compreender a patogénese da doença. Neste estudo, explorámos a função da ATXN3 em neurónios e a sua perturbação pela expansão poliQ em DMJ. Descobrimos que a ATXN3 é necessária para a diferenciação neuronal e para a normal morfologia celular, organização do citosqueleto, proliferação e sobrevivência. Este fenótipo está associado a um aumento da degradação da subunidade 5-alpha da integrina (ITGA5) pelo proteossoma e uma ativação diminuída da sinalização pela via das integrinas. Curiosamente, demonstrámos que o silenciamento da ATXN3, a sobreexpressão de uma versão cataliticamente inerte da proteína ou de uma proteína mutante contendo um trato de poliQ expandido conduzem a fenótipos parcialmente sobreponíveis, sugerindo que a perda da função neuronal da ATXN3 pode contribuir para a neurodegeneração. De forma consistente com um papel mais abrangente da ATXN3 na regulação da organização do citosqueleto, descobrimos que a perda de função da ATXN3 também origina uma desregulação da expressão da tau, nomeadamente uma desregulação do splicing do exão 10 da tau em células neuronais. Este evento tem um impacto negativo na sua morfologia e diferenciação. Além disso, descobrimos que a ATXN3 interage com o SFRS7, um factor regulador do splicing da tau, e regula os seus níveis de ubiquitilação. Considerando que alterações semelhantes foram encontradas no cérebro do modelo de DMJ em ratinho, este mecanismo parece contribuir para a patogénese. Este trabalho estabelece assim, pela primeira vez, uma ligação funcional entre duas proteínas chave envolvidas em diferentes doenças neurodegenerativas. Por fim, caracterizámos o ubiquitoma de células neuronais silenciadas para a ATXN3, com o objectivo de identificar potenciais candidatos para a sua atividade DUB. Concluímos que uma grande proporção destas proteínas estão envolvidas na modificação pós-transcripcional do RNA. Tendo este dado em consideração, analisámos o padrão global do splicing por análises de transcriptómica e usando minigenes repórteres, e descobrimos que o splicing estava globalmente afetado nestas células. Estes achados levaram-nos a propor pela primeira vez que a ATXN3 desempenha um papel na regulação do splicing em neurónios, uma nova função para esta proteína. Em sumário, este trabalho amplia o conhecimento acerca da relevância para os neurónios de uma DUB específica, a ataxina-3, e fornece indicativos sobre as suas funções biológicas e as vias celulares onde está envolvida. Além disso, reforça o envolvimento da ATXN3 com a UPP, levantando também novas hipóteses para o seu papel na regulação do citosqueleto e na regulação do splicing. Adicionalmente, são apresentadas evidências para a perturbação da função normal da ATXN3 no contexto da doença através de um efeito dominante negativo, facto que poderá ser relevante para o desenvolvimento de futuras estratégias terapêuticas.

Tipo:

doctoralThesis

Descrição:

Tese de doutoramento em Ciências da Saúde

URL:

http://hdl.handle.net/1822/35102

Aparece nas coleções:

BUM – Teses de Doutoramento

Fonte: https://repositorium.sdum.uminho.pt/handle/1822/35102

Nova avaliação da ataxia de Friedreich explora as principais características e as atuais estratégias terapêuticas

A equipa liderada por investigadores da Universidade Federal de São Paulo (Brasil) e do Hospital Israelita Albert Einstein (Brasil), publicado recentemente na revista Neurogenetics uma avaliação baseada nas principais características clínicas, os mecanismos fisiopatológicos, e as estratégias terapêuticas disponíveis para a ataxia de Friedreich. O estudo intitula-se "Marcos na ataxia de Friedreich: mais de um século e ainda se está a aprender."

A ataxia de Friedreich é uma doença neurodegenerativa hereditária rara, caracterizada pela lesão progressiva do sistema nervoso com degeneração da medula espinal e nervos periféricos que leva a fraqueza muscular, perda sensorial, défice de equilíbrio e falta de coordenação dos movimentos musculares voluntários. A doença é causada por uma mutação num gene chamado frataxina (FXN), mais especificamente por umas repetições trinucleotídicass guanina-adenina-adenina (GAA) espandidas no primeiro intrão (unidade de codificação) do gene FXN, o que leva a uma redução na ARN mensageiro e à subsequente baixa da proteína frataxina. Estima-se que 1 em 50 a 100 indivíduos na Europa, Norte da África, Oriente Médio e Índia sejam portadores assintomáticos. O tempo médio desde o início dos sintomas até à dependência de cadeira de rodas foi, estimado em 15,5 anos.

Em termos de características clínicas neurológicas da ataxia de Friedreich, os investigadores descobriram que as principais características relatadas são a deficiência da marcha associada a uma ataxia progressiva (falta de coordenação dos movimentos musculares voluntários), fraqueza muscular, perda sensorial, e o tónus reduzido. A maioria dos pacientes também apresenta arreflexia (ausência de reflexos neurológicos, como a reação do empurrão do joelho) e disartria (distúrbio motor da fala); anormalidades no movimento dos olhos e disfagia (dificuldade de deglutição) também foram relatadas. A demência grave não ocorre na ataxia de Friedreich.

No que diz respeito as características clínicas não-neurológicas, a ataxia de Friedreich pode afetar o coração, levando a cardiomiopatia (onde a função do músculo cardíaco é comprometida), causar anomalias esqueléticas (como um alto arco do pé conhecido como pé cavus e escoliose, uma curvatura lateral da coluna) e induzir diabetes mellitus (relatado em 10 a 30% dos pacientes). As complicações cardíacas são a causa mais comum de morte em pacientes com ataxia de Friedreich.

A equipa de investigação também encontrou relatos de fenótipos atípicos, nomeadamente casos de ataxia de Friedreich de início tardio diagnosticado depois dos 25 anos de idade e, mesmo depois dos 40, 50 e 60 anos. Os sintomas de ataxia de início tardio são geralmente leves. Por outro lado, os fenótipos muito precoces de ataxia geralmente ocorrem em menos de 20% dos casos, e é caracterizada por uma progressão neurológica mais rápida.

Em pacientes com ataxia de Friedreich, a homeostase do ferro também é perturbada. A montagem dos aglomerados (cofatores essenciais para o bom funcionamento de várias proteínas) de ferro-enxofre (Fe-S) parece ser regulada pela proteína FXN. Na ausência da proteína, existe um défice de aglomerados de Fe-S comprometendo a atividade de várias proteínas que conduzem à acumulação de ferro nos tecidos, como o coração e o sistema nervoso e a uma falha do metabolismo energético.

Quanto ao diagnóstico, os investigadores descobriram que a análise de ADN para os tripletes GAA é a técnica de diagnóstico fundamental para a ataxia de Friedreich. Os testes metabólicos à glicose, a ressonância magnética ao cérebro (MRI), o eletrocardiograma e o ecocardiograma também podem ser realizados para auxiliar no diagnóstico e avaliar o estado da doença.

Não há nenhum tratamento específico que possa interromper a progressão da doença em pacientes com ataxia de Friedreich, embora um número de medicamentos estejam atualmente a ser testados. As abordagens terapêuticas disponíveis para esta doença são baseadas em três estratégias-chave. A primeira é para melhorar o funcionamento mitocondrial, empregando por exemplo, antioxidantes, tais como a vitamina E, a coenzima Q1, a idebenona (um análogo da coenzima Q), o EPI-743 (uma variante da idebenona), e o deferiprone (um quelante do ferro). A segunda estratégia terapêutica é aumentar a expressão da FXN usando a hormona eritropoietina ou interferão gama, por exemplo. A terceira estratégia terapêutica é a terapia genética, por exemplo, a entrega de um vetor que codifica a proteína humana FXN. A equipa de investigação sugere que mais estudos são, no entanto, necessários para avaliar a eficácia e a viabilidade de cada uma destas estratégias terapêuticas.

Fonte: http://friedreichsataxianews.com/2015/03/23/new-friedreichs-ataxia-review-explores-main-features-and-current-therapeutic-strategies/