Pesquisadores do Instituto Paul Scherer PSI esclareceram como a espermina – uma pequena molécula que controla muitos processos nas células do corpo – pode proteger contra doenças como Alzheimer e Parkinson: ela age um pouco como o queijo no macarrão, danificando certas proteínas, unindo-as. Esta descoberta pode ajudar a combater essas doenças. A pesquisa já foi publicada na revista Comunicação da natureza.
À medida que as pessoas vivem mais, as doenças relacionadas com a idade, incluindo doenças neurodegenerativas como a doença de Alzheimer e a doença de Parkinson, tornam-se mais comuns. Estas condições são causadas por uma acumulação prejudicial no cérebro composta por proteínas amilóides mal dobradas. Essas estruturas proteicas formam fibras longas e finas que lembram fios de espaguete. Até agora, não existe nenhum tratamento eficaz que possa prevenir ou eliminar de forma confiável esses depósitos de proteínas.
Esperma como protetores naturais de células e animais
Uma molécula natural do corpo chamada espermina está dando uma nova esperança. Em experiências de laboratório, uma equipa liderada por Jinghui Luo, do Centro de Ciências da Vida do Instituto Paul Scherer PSI, mostrou que o esperma pode prolongar a vida útil de pequenos vermes nemátodos, melhorar a sua mobilidade à medida que envelhecem e fortalecer as suas centrais de energia celular, as mitocôndrias. Os pesquisadores descobriram que a espermina apoia o sistema imunológico do corpo na remoção de depósitos de proteína amilóide que danificam os nervos.
Estas novas descobertas poderão constituir a base para o desenvolvimento de novas estratégias terapêuticas para doenças como a doença de Alzheimer e a doença de Parkinson.
A espermina é essencial para o funcionamento do organismo. Pertence a um grupo de moléculas orgânicas relativamente pequenas conhecidas como poliaminas. A espermina foi identificada pela primeira vez há mais de 150 anos e recebeu o nome do fluido seminal, onde está presente em concentrações particularmente elevadas. No entanto, também é encontrado em muitas outras células do corpo, especialmente em células ativas e capazes de se dividir.
Regulação genética e condensação biomolecular
A espermina apoia a motilidade e atividade celular e está envolvida em vários processos celulares. Uma de suas principais funções é interagir com os ácidos nucléicos do genoma, ajudando a controlar quais genes são ativados e como são traduzidos em proteínas. Esta regulação garante que as células possam crescer, dividir-se e eventualmente morrer de forma controlada. A espermina também é crucial para um processo celular chamado condensação biomolecular. Neste processo, moléculas grandes, como proteínas e ácidos nucleicos, separam-se e agrupam-se em regiões semelhantes a gotículas no interior da célula, formando pequenos centros de reação onde ocorrem importantes reações bioquímicas.
No contexto de doenças neurodegenerativas como Alzheimer e Parkinson, trabalhos anteriores já sugeriram que a espermina pode proteger as células nervosas e aliviar problemas de memória relacionados com a idade. O que faltava até agora era uma imagem clara de como os espermatozoides afetam os processos prejudiciais nas células nervosas de uma forma que pudesse ser usada para benefício médico.
Ajuda as células a eliminar resíduos de proteínas tóxicas
O grupo de pesquisa de Luo examinou agora esses mecanismos com mais profundidade. Além da microscopia óptica, os cientistas usaram um método chamado espalhamento SAXS na Swiss Light Source SLS da PSI para investigar a dinâmica molecular dos processos envolvidos. Eles estudaram esses efeitos tanto em capilares de vidro (in vitro) quanto em animais vivos (in vivo). Para sistemas vivos, eles usaram o nematóide C. como organismo modelo. elegans usado.
Seus experimentos mostraram que os espermatozoides agregavam as proteínas danificadas e formavam aglomerados por meio da condensação biomolecular. Esse comportamento suporta um processo rotineiro de limpeza celular conhecido como autofagia. Na autofagia, proteínas danificadas ou redundantes são encerradas em pequenas vesículas ligadas à membrana e depois decompostas com segurança por enzimas, reciclando efetivamente os componentes celulares.
“A autofagia é mais eficiente no tratamento de grandes aglomerados de proteínas”, disse Luo, que liderou o estudo. “E o esperma é, por assim dizer, o agente de ligação que une os fios. As moléculas têm apenas forças elétricas de atração fraca, e estas as organizam, mas não as unem fortemente.”
Todo o processo, explica Luo, pode ser imaginado como um prato de espaguete. “O esperma é como o queijo que une macarrão longo e fino sem colá-lo, tornando-o mais fácil de digerir.”
Das metáforas da cozinha à terapia futura
A espermina também parece desempenhar um papel em outras doenças, incluindo o câncer. Mais pesquisas são necessárias para compreender os mecanismos subjacentes desta condição, após o que o tratamento à base de esperma pode se tornar uma opção realista. Além dos espermatozóides, muitas outras poliaminas também desempenham funções importantes no organismo e são, portanto, de interesse médico. Isso torna o campo altamente promissor para pesquisas futuras. “Se conseguirmos compreender melhor os mecanismos subjacentes”, diz Luo, “podemos cozinhar alimentos mais saborosos e mais digeríveis, porque então poderemos compreender exactamente quais especiarias, em que quantidades, tornam o molho particularmente delicioso”.
IA e imagens avançadas aceleram a pesquisa de esperma
A inteligência artificial também está sendo utilizada nessa busca, pois pode calcular mais rapidamente combinações promissoras de “ingredientes para o molho” com base em todos os dados disponíveis. Luo observou que medições de dispersão resolvidas no tempo e imagens de alta resolução, que podem capturar esses processos no nível subcelular em tempo real, são cruciais para este trabalho e para estudos futuros. Fora do PSI, esses métodos avançados estão disponíveis apenas em algumas outras instalações síncrotrons em todo o mundo.
Pesquisadores do Instituto Paul Scherer PSI esclareceram como a espermina – uma pequena molécula que controla muitos processos nas células do corpo – pode proteger contra doenças como Alzheimer e Parkinson: ela age um pouco como o queijo no macarrão, danificando certas proteínas, unindo-as. Esta descoberta pode ajudar a combater essas doenças. A pesquisa já foi publicada na revista Comunicação da natureza.
A nossa esperança de vida continua a aumentar – e, à medida que isso acontece, as doenças relacionadas com a idade, incluindo doenças neurodegenerativas como a doença de Alzheimer e a doença de Parkinson, tornam-se cada vez mais comuns. Estas doenças são causadas pela acumulação no cérebro de estruturas proteicas prejudiciais que consistem em proteínas amilóides mal dobradas. Seu formato lembra fibra ou espaguete. Até o momento, não existe terapia eficaz para prevenir ou eliminar tais depósitos.
No entanto, uma molécula natural do corpo chamada espermina oferece esperança. Em experiências, investigadores liderados pelo líder do estudo, Jinghui Lu, do Centro de Ciências da Vida do Instituto Paul Scherer PSI, descobriram que esta substância é capaz de prolongar a vida útil de pequenos vermes nemátodos, melhorar a sua mobilidade na velhice e fortalecer a potência das suas células – as mitocôndrias. Especificamente, os pesquisadores observaram como o esperma ajuda o sistema imunológico do corpo a eliminar depósitos de proteína amilóide que danificam os nervos.
As novas descobertas podem servir de base para o desenvolvimento de novas terapias para essas doenças.
Um mediador central de processos celulares
A espermina é uma substância importante para os organismos vivos. Pertence às chamadas poliaminas, que são moléculas orgânicas relativamente pequenas. A espermina, descoberta há mais de 150 anos, recebeu o nome do fluido seminal porque é encontrada em concentrações particularmente elevadas. Mas isso também acontece em muitas outras células do corpo – especialmente aquelas que estão ativas e capazes de se dividir.
A espermina promove a motilidade e atividade celular e regula vários processos. Acima de tudo, interage com os ácidos nucleicos do genoma, controlando a expressão dos genes e a sua conversão em proteínas. Isso garante que as células possam crescer e se dividir adequadamente e, eventualmente, morrer. A espermina também está concentrada num importante processo celular denominado condensação biomolecular: neste processo, certas macromoléculas, como proteínas e ácidos nucleicos, separam-se e recolhem-se dentro da célula em forma de gotículas, para que aí possam ocorrer reações importantes.
Em relação a doenças neurodegenerativas como Alzheimer ou Parkinson, já houve evidências de que a espermina pode proteger as células nervosas e reduzir a perda de memória relacionada com a idade. Até agora, no entanto, falta uma compreensão mais precisa de como o esperma interfere nos processos neuro-lesivos – compreensão que pode tornar possível obter benefícios terapêuticos dele.
Auxilia na remoção de resíduos celulares
O grupo de Jinghui Luo investigou isso com mais detalhes. Além da microscopia óptica, os pesquisadores também usaram a técnica de espalhamento SAXS na Swiss Light Source SLS da PSI para esclarecer a dinâmica molecular desses processos. As investigações foram conduzidas em um capilar de vidro (in vitro) e em um organismo vivo (vivo) nematóide c. elegans serve como organismo modelo.
Foi demonstrado que o esperma une as proteínas deletérias e, de certa forma, se une através da condensação biomolecular. Isto facilita um processo chamado autofagia, que ocorre regularmente nas nossas células: proteínas danificadas ou desnecessárias são embrulhadas em pequenas vesículas de membrana e degradadas de forma segura com enzimas – um processo de reciclagem natural, na verdade.
“A autofagia é mais eficiente no tratamento de grandes aglomerados de proteínas”, disse Luo, que liderou o estudo. “E o esperma é, por assim dizer, o agente de ligação que une os fios. As moléculas têm apenas forças elétricas de atração fraca, e estas as organizam, mas não as unem fortemente.”
A coisa toda, diz Luo, pode ser imaginada como um prato de espaguete. “O esperma é como o queijo que une macarrão longo e fino sem colá-lo, tornando-o mais fácil de digerir.”
Quer: A combinação certa de ingredientes
A espermina também afeta outras doenças, incluindo o câncer. Também aqui é necessária investigação para esclarecer os mecanismos em funcionamento – então serão concebíveis abordagens terapêuticas baseadas no esperma. Além dos espermatozóides, existem muitas outras poliaminas que desempenham funções importantes no organismo e, portanto, são de interesse médico. Portanto, há muito potencial para pesquisas nesta área. “Se conseguirmos compreender melhor os mecanismos subjacentes”, diz Luo, “podemos cozinhar alimentos mais saborosos e mais digeríveis, porque então poderemos compreender exactamente quais especiarias, em que quantidades, tornam o molho particularmente delicioso”.
A inteligência artificial também está sendo utilizada nessa busca, pois pode calcular mais rapidamente combinações promissoras de “ingredientes para o molho” com base em todos os dados disponíveis. Luo também observou que técnicas de medição de espalhamento resolvidas no tempo e imagens de alta resolução, que podem gerar imagens de tais processos em tempo real e até o nível subcelular, também são importantes para esta e pesquisas subsequentes. Com exceção do PSI, tais métodos estão disponíveis apenas em algumas instalações síncrotrons no mundo.
