Pessoas que carregam a forma APOE2 do gene da apolipoproteína E tendem a viver mais e têm menor risco de desenvolver a doença de Alzheimer. Os cientistas sabem desse benefício há anos, mas as razões biológicas por trás dele ainda não são claras.
Um novo estudo do Buck Institute for Research on Aging, publicado na Aging Cell, sugere que o APOE2 ajuda os neurônios a proteger seu DNA e a evitar o envelhecimento. A senescência é um estado celular danificado e com mau funcionamento que se torna mais comum com a idade e acredita-se que contribui para a neurodegeneração.
Os resultados indicam um papel da APOE que vai além do seu conhecido envolvimento no transporte de colesterol. Eles sugerem que diferentes versões do gene podem afetar a forma como as células cerebrais armazenam e reparam o seu material genético ao longo do tempo.
“Há anos que sabemos que os portadores de APOE2 tendem a viver mais e a ter um risco menor de Alzheimer, mas o mecanismo de proteção tem sido uma caixa negra”, disse a autora sénior Lisa M. Ellerby, PhD, professora do Buck Institute. “Nosso trabalho mostra que os neurônios APOE2 são melhores na prevenção e reparação de danos ao DNA, e que neutralizam o programa de envelhecimento celular que causa muitos declínios no final da vida. Nossos resultados apontam para direções terapêuticas inteiramente novas.”
Comparação de três variantes APOE
APOE existe em três formas comuns, APOE2, APOE3 e APOE4. Estas versões diferem apenas em dois aminoácidos, mas estão associadas a efeitos muito diferentes no envelhecimento do cérebro.
APOE4 é o fator de risco genético mais forte conhecido para a doença de Alzheimer de início tardio (geralmente após os 65 anos). A APOE2, por outro lado, tem sido repetidamente associada a uma vida mais longa e à redução do risco de demência em estudos populacionais.
Para estudar como as variantes da APOE afectam o envelhecimento neuronal, os investigadores usaram células estaminais pluripotentes induzidas pelo homem (iPSCs) que foram geneticamente modificadas para se diferenciarem apenas no locus da APOE.
A equipe transformou essas células em dois tipos de neurônios. Um grupo consiste em neurônios GABAérgicos inibitórios, o outro grupo consiste em neurônios glutamatérgicos excitatórios. Os pesquisadores então compararam como APOE2, APOE3 e APOE4 afetaram cada tipo de célula.
Eles também estudaram o tecido do hipocampo de camundongos velhos projetados para carregar os genes humanos APOE2, APOE3 ou APOE4.
Neurônios APOE2 mostram menos danos ao DNA
Os pesquisadores descobriram que os neurônios APOE2 tiveram menos danos ao seu DNA.
O sequenciamento de RNA unicelular e em massa mostrou que os neurônios GABAérgicos APOE2 ativam potencialmente as vias envolvidas no reparo do DNA e na resposta a danos. Enquanto isso, os neurônios APOE4 exibiram padrões de atividade genética associados à doença de Alzheimer.
Medições diretas de quebras na cadeia de DNA apoiaram essas descobertas. Os neurônios APOE2 tiveram significativamente menos danos ao DNA do que os neurônios portadores de outras variantes genéticas.
As células cerebrais resistem à senescência celular
Os neurônios APOE2 também pareciam ser mais resistentes à senescência.
A equipe expôs neurônios excitáveis à radiação ou ao medicamento quimioterápico doxorrubicina, que podem danificar o DNA e colocar as células sob forte estresse. Os neurônios APOE2 apresentaram níveis mais baixos de marcadores de senescência (incluindo p16 e CRYAB) do que os neurônios APOE3 e APOE4.
Eles tinham nucléolos menores e arquitetura nuclear mais bem preservada, ambos sinais de que as células mantinham uma estrutura interna saudável.
A proteína APOE2 pode conferir alguma proteção
Os pesquisadores também testaram se os efeitos protetores da APOE2 poderiam beneficiar os neurônios portadores da APOE4.
Quando adicionaram a proteína APOE2 recombinante aos neurônios APOE4, as células mostraram menos sinal de dano ao DNA após a exposição à radiação. O resultado é uma indicação preliminar de que pelo menos parte do efeito protetor da APOE2 pode ser transferível e não limitado a indivíduos nascidos com a variante genética.
Sintomas semelhantes são observados no cérebro de ratos
Experimentos com ratos produziram um padrão semelhante.
Camundongos knock-in mais velhos para APOE2 tinham nucléolos menores, níveis mais elevados da proteína de estrutura nuclear lamina A/C e heterocromatina melhor preservada no hipocampo do que camundongos portadores de APOE3 ou APOE4.
Essas propriedades estão ligadas ao envelhecimento saudável das células cerebrais e acrescentam mais suporte aos resultados de experimentos com neurônios humanos.
APOE e uma nova visão do envelhecimento cerebral
Os danos no ADN e a senescência celular são cada vez mais reconhecidos como os principais contribuintes para o envelhecimento e doenças relacionadas com a idade, incluindo a doença de Alzheimer.
“Até agora, o campo da APOE concentrou-se amplamente no manejo de lipídios e na biologia do beta-amilóide”, disse Ellerby. “Ao mostrar que os alelos APOE são a forma como os neurônios protegem seus genomas, este estudo liga um importante gene da longevidade a duas das características do envelhecimento mais ativamente estudadas”.
De acordo com Ellerby, as descobertas levantam a possibilidade de que tratamentos concebidos para reparar o DNA ou remover células senescentes do cérebro possam reproduzir alguns dos benefícios naturais da APOE2. Tais estratégias podem, em última análise, ajudar as pessoas portadoras da variante APOE4 de alto risco.
“O que nos surpreendeu foi a consistência da imagem nos dois tipos diferentes de neurônios e nas células humanas e no tecido cerebral de camundongo”, disse o co-autor Christian Geronimo-Olvera, PhD, pós-doutorado no Buck Institute. “Os neurônios APOE2 são menos danificados no início do estudo e se recuperam mais rapidamente durante o estresse”.
Tratamentos futuros inspirados na APOE2
Os investigadores dizem que ainda não sabem exactamente como a APOE2 estabiliza o envelope nuclear e estimula a reparação do ADN.
Trabalhos futuros irão investigar se os compostos miméticos da APOE2 ou os tratamentos direcionados de reparação do ADN podem fornecer proteção semelhante em pessoas com APOE4, o grupo com maior risco genético para a doença de Alzheimer.
Outros colaboradores incluem: Stephen M. Schiller, Carlos Galicia Aguirre, Genesis Vega-Hormazabal, Daniela Garcia, Long Wu, Natalia Murad, Kevin Snyd, Kenneth A. Wilson, Nicola T. Markov, | Jesse Simmons, Akos A. Gernakser, Emily Parlan, Eric Verdin, Judith Campisi, Tara E. Tracey, David Furman, Simon Melv, Instituto Buck; Sicheng Gan e Sean De Mooney, Departamento de Informática Biomédica e Educação Médica, Universidade de Washington, Seattle, Washington
Este trabalho foi apoiado pelo Instituto Nacional sobre Envelhecimento (R01AG061879, P01AG066591, T32 AG000266), Paul F. foi apoiado pelo Centro Glenn de Biologia do Envelhecimento, pela Fundação Evolution (HF-PART-23-1422047) e um prêmio CatalystX da Fundação Alex e Ballo.
