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 dessa vantagem há anos, mas a razão biológica por trás dela permanece obscura.
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 evitar a senescência. 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 apontam para um papel da APOE que vai além do seu envolvimento familiar no transporte de colesterol. Eles sugerem que diferentes versões do gene também podem influenciar a forma como as células cerebrais preservam 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”, diz 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 resistem ao programa de envelhecimento celular que impulsiona grande parte do declínio na idade avançada. Nossas descobertas apontam para direções terapêuticas inteiramente novas.”
Comparando as três variantes do 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 (normalmente após os 65 anos). A APOE2, por outro lado, tem sido repetidamente associada em estudos populacionais a uma vida mais longa e a um risco reduzido de demência.
Para estudar como as variantes da APOE influenciam o envelhecimento neuronal, os investigadores usaram células estaminais pluripotentes induzidas pelo homem (iPSCs) que foram geneticamente modificadas para diferirem apenas no locus da APOE.
A equipe transformou essas células em dois tipos de neurônios. Um grupo consistia em neurônios GABAérgicos inibitórios, enquanto o outro consistia 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 mais velhos projetados para carregar o gene humano APOE2, APOE3 ou APOE4.
Neurônios APOE2 mostram menos danos ao DNA
Os pesquisadores descobriram que os neurônios APOE2 acumularam menos danos ao seu DNA.
O sequenciamento de RNA unicelular e em massa mostrou que os neurônios GABAérgicos APOE2 ativaram fortemente 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 excitatórios 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 também tinham nucléolos menores e arquitetura nuclear mais bem preservada, ambos sinais de que as células mantinham uma estrutura interna mais saudável.
A proteína APOE2 pode transferir alguma proteção
Os pesquisadores também testaram se o efeito protetor do APOE2 poderia beneficiar os neurônios que carregavam o APOE4.
Quando adicionaram a proteína APOE2 recombinante aos neurônios APOE4, as células mostraram redução na sinalização de danos ao DNA após a exposição à radiação. O resultado oferece uma indicação precoce de que pelo menos parte do efeito protetor da APOE2 pode ser transferível, em vez de ser limitado a pessoas nascidas com a variante genética.
Sinais semelhantes aparecem em cérebros de camundongos
Os 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 Lamin A/C e heterocromatina mais bem preservada no hipocampo do que camundongos portadores de APOE3 ou APOE4.
Essas características estão associadas a um envelhecimento mais saudável das células cerebrais e acrescentaram mais suporte às descobertas dos experimentos com neurônios humanos.
Uma nova visão da APOE e 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 principalmente no manejo de lipídios e na biologia do beta-amilóide”, diz Ellerby. “Ao mostrar que os alelos APOE também ajustam a forma como os neurônios defendem seu genoma, este estudo conecta um importante gene de longevidade a duas das características do envelhecimento mais ativamente estudadas”.
De acordo com Ellerby, as descobertas levantam a possibilidade de que tratamentos concebidos para melhorar a reparação do ADN ou remover células senescentes do cérebro possam reproduzir alguns dos benefícios naturais da APOE2. Tais estratégias podem eventualmente ajudar as pessoas portadoras da variante APOE4 de maior risco.
“O que nos surpreendeu foi a consistência da imagem em dois tipos de neurônios muito diferentes e em células humanas e tecido cerebral de camundongo”, disse o co-autor Cristian Gerónimo-Olvera, PhD, pós-doutorado no Buck Institute. “Os neurônios APOE2 não são apenas menos danificados no início do estudo, mas também se recuperam mais rapidamente quando estão estressados”.
Tratamentos futuros inspirados no APOE2
Os investigadores dizem que ainda não sabem exactamente como a APOE2 estabiliza o envelope nuclear e fortalece 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. Scheeler, Carlos Galicia Aguirre, Genesis Vega-Hormazabal, Daniela Garcia, Long Wu, Natalia Murad, Kevin Schneide, Kenneth A. Wilson, Nikola T. Markov, | Jesse Simons, Akos A. Gerencser, Emily Parlan, Eric Verdin, Judith Campisi, Tara E. Tracy, David Furman, Simon Melov, Instituto Buck; Sicheng Song e Sean D. 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), o Centro Paul F. Glenn para Biologia do Envelhecimento, a Fundação Hevolution (HF-PART-23-1422047) e um prêmio CatalystX de Alex e Bob Griswold e a Valley Foundation Fellowship.
