Pesquisadores do Instituto Paul Scherrer (PSI) esclareceram como a espermina – uma pequena molécula que regula diversos processos nas células do corpo – pode proteger contra doenças como Alzheimer e Parkinson: ela torna certas proteínas inofensivas ao agir de forma semelhante ao queijo sobre macarrão, fazendo com que se aglomerem. Essa descoberta pode ajudar no combate a essas doenças. O estudo foi publicado na revista Nature Communications.
À medida que a expectativa de vida aumenta, doenças relacionadas à idade, incluindo doenças neurodegenerativas como Alzheimer e Parkinson, tornam-se mais comuns. Essas condições são impulsionadas por acúmulos prejudiciais no cérebro formados por proteínas amiloides mal dobradas. Essas estruturas proteicas criam longas, finas fibras que se assemelham a fios de espaguete. Até o momento, não existe um tratamento eficaz que possa prevenir ou eliminar esses depósitos proteicos.
Espermina como um protetor natural em células e animais
Uma molécula que ocorre naturalmente no organismo, denominada espermina, oferece uma nova esperança. Em experimentos de laboratório, uma equipe liderada por Jinghui Luo, no Centro de Ciências da Vida do PSI, demonstrou que a espermina pode prolongar a vida de pequenos vermes nematóides, melhorar sua movimentação à medida que envelhecem e fortalecer suas usinas de energia celular, as mitocôndrias. Os pesquisadores observaram que a espermina apoia o sistema imunológico do corpo na remoção de depósitos de proteínas amiloides que danificam os nervos.
Esses novos resultados podem formar a base para o desenvolvimento de novas estratégias terapêuticas para doenças como Alzheimer e Parkinson.
A espermina é essencial para o funcionamento do organismo. Ela pertence a um grupo de moléculas orgânicas bastante pequenas conhecido como poliaminas. A espermina foi identificada pela primeira vez há mais de 150 anos e recebeu esse nome por causa do fluido seminal, onde está presente em concentrações particularmente altas. No entanto, ela também é encontrada em muitas outras células do corpo, especialmente em células ativas e capazes de se dividir.
Regulação gênica e condensação biomolecular
A espermina apoia o movimento e a atividade celular e está envolvida em diversos processos celulares. Um de seus principais papéis é interagir com os ácidos nucleicos do genoma, ajudando a regular quais genes são ativados e como são traduzidos em proteínas. Essa regulação assegura que as células possam crescer, se dividir e eventualmente morrer de maneira controlada. A espermina também é crucial para um processo celular chamado condensação biomolecular. Nesse processo, grandes moléculas, como proteínas e ácidos nucleicos, se separam e se reúnem em regiões semelhantes a gotículas dentro da célula, criando pequenos centros de reação onde reações bioquímicas importantes ocorrem.
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 à idade. O que faltava até agora era uma compreensão clara de como a espermina influencia os processos prejudiciais nas células nervosas de maneira que possa ser utilizada para benefício médico.
Auxiliando as células na remoção de resíduos protéicos tóxicos
O grupo de pesquisa de Luo agora examinou esses mecanismos em maior profundidade. Além da microscopia óptica, os cientistas usaram um método chamado SAXS (Small-Angle X-ray Scattering) no Swiss Light Source (SLS) do PSI para investigar a dinâmica molecular dos processos envolvidos. Eles estudaram esses efeitos tanto em capilares de vidro (in vitro) quanto em organismos vivos (in vivo). O nematóide C. elegans foi utilizado como organismo modelo.
Os experimentos mostraram que a espermina faz com que proteínas prejudiciais se unam e formem aglomerados através da condensação biomolecular. Esse comportamento apoia um processo celular de limpeza rotineira conhecido como autofagia. Na autofagia, proteínas danificadas ou desnecessárias são envolvidas em pequenas vesículas membranosas e, em seguida, degradadas de forma segura por enzimas, reciclando efetivamente os componentes celulares.
“A autofagia é mais eficaz no tratamento de aglomerados proteicos maiores”, afirma o líder do estudo, Luo. “E a espermina é, por assim dizer, o agente de ligação que une as fitas. Existem apenas forças elétricas levemente atrativas entre as moléculas, e essas as organizam, mas não as prendem firmemente juntas.”
Todo o processo, explica Luo, pode ser imaginado como um prato de espaguete. “A espermina é como queijo que conecta os longos e finos macarrões sem grudá-los, facilitando a digestão.”
Da metáfora da cozinha a futuras terapias
A espermina também parece desempenhar um papel em outras doenças, incluindo o câncer. Mais pesquisas são necessárias para entender os mecanismos subjacentes a essas condições, após o que os tratamentos baseados em espermina podem se tornar opções viáveis. Além da espermina, muitas outras poliaminas desempenham funções importantes no corpo e, portanto, são de interesse médico. Isso torna a área altamente promissora para pesquisas futuras. “Se entendermos melhor os processos subjacentes”, diz Luo, “podemos cozinhar pratos mais saborosos e mais digeríveis, por assim dizer, porque assim saberemos exatamente quais temperos, em quais quantidades, tornam o molho especialmente saboroso.”
A tecnologia de IA e a imagem avançada aceleram a pesquisa sobre espermina
A inteligência artificial também está sendo utilizada nessa busca, pois pode calcular combinações promissoras de “ingredientes para o molho” muito mais rapidamente com base em todos os dados disponíveis. Luo também ressalta que técnicas de medição por scattering em tempo resolvido e imagens de alta resolução, que podem capturar esses processos em tempo real até o nível subcelular, são cruciais para esse trabalho e para estudos futuros. Fora do PSI, esses métodos avançados só estão disponíveis em algumas outras instalações de sincrotrons em todo o mundo.
Pesquisadores do Instituto Paul Scherrer (PSI) esclareceram como a espermina – uma pequena molécula que regula diversos processos nas células do corpo – pode proteger contra doenças como Alzheimer e Parkinson: ela torna certas proteínas inofensivas ao agir de forma semelhante ao queijo sobre macarrão, fazendo com que se aglomerem. Essa descoberta pode ajudar no combate a essas doenças. O estudo foi publicado na revista Nature Communications.
A nossa expectativa de vida continua a aumentar – e, à medida que isso ocorre, doenças relacionadas à idade, incluindo doenças neurodegenerativas como Alzheimer e Parkinson, tornam-se cada vez mais comuns. Essas doenças são causadas pelo acúmulo no cérebro de estruturas proteicas nocivas compostas por proteínas amiloides mal dobradas. Sua forma é semelhante à de fibras ou espaguete. Até o momento, não existem terapias eficazes para prevenir ou eliminar esses acúmulos.
No entanto, uma molécula que ocorre naturalmente no corpo, a espermina, oferece esperança. Em experimentos, os pesquisadores liderados por Jinghui Luo, no Centro de Ciências da Vida do PSI, descobriram que essa substância é capaz de prolongar a vida de pequenos vermes nematóides, melhorar sua mobilidade na velhice e fortalecer as usinas de energia de suas células – as mitocôndrias. Especificamente, os pesquisadores observaram como a espermina ajuda o sistema imunológico do corpo a eliminar acúmulos de proteínas amiloides que danificam os nervos.
As novas descobertas podem servir de base para o desenvolvimento de terapias inovadoras para tais doenças.
Um mediador central dos processos celulares
A espermina é uma substância vital para o organismo. Ela pertence ao grupo de poliaminas, que são moléculas orgânicas relativamente pequenas. A espermina, descoberta há mais de 150 anos, recebeu o nome do fluido seminal, pois é encontrada em concentrações especialmente altas nesse local. No entanto, também está presente em muitas outras células do corpo – especialmente aquelas que estão ativas e são capazes de se dividir.
A espermina promove o movimento e a atividade celular e controla numerosos processos. Acima de tudo, ela interage com os ácidos nucleicos do genoma, regulando a expressão gênica e sua conversão em proteínas. Isso garante que as células possam crescer e se dividir adequadamente, e que eventualmente morram. A espermina também é central em um processo celular importante denominado condensação biomolecular: nesse processo, certas macromoléculas, como proteínas e ácidos nucleicos, se segregam e se acumulam dentro da célula de forma goticulada, de modo que reações importantes possam ocorrer lá.
No que diz respeito a doenças neurodegenerativas como Alzheimer ou Parkinson, já existiram evidências de que a espermina pode proteger as células nervosas e amenizar a perda de memória associada à idade. No entanto, faltava até agora uma compreensão mais precisa sobre como a espermina intervém nos processos prejudiciais às células nervosas – um entendimento que poderia permitir benefícios médicos.
Apoio na remoção de resíduos celulares
O grupo de pesquisa de Jinghui Luo agora investigou isso em maior pormenor. Além da microscopia óptica, os pesquisadores também usaram a técnica de scattering SAXS no Swiss Light Source (SLS) do PSI para esclarecer a dinâmica molecular desses processos. As investigações foram realizadas tanto em um capilar de vidro (in vitro) quanto em um organismo vivo (in vivo). O nematóide C. elegans foi utilizado como organismo modelo.
Foi demonstrado que a espermina faz com que proteínas prejudiciais se unam e, de certa forma, se agreguem por meio da condensação biomolecular. Isso facilita um processo chamado autofagia, que ocorre rotineiramente em nossas células: proteínas danificadas ou desnecessárias são envolvidas em pequenas vesículas membranosas e degradadas de maneira segura por enzimas – um processo de reciclagem natural, de fato.
“A autofagia é mais eficiente no manuseio de aglomerados proteicos maiores”, diz o líder do estudo, Luo. “E a espermina é, por assim dizer, o agente de ligação que une as fitas. Existem apenas forças elétricas fracas entre as moléculas, que as organizam mas não as unem firmemente.”
O processo todo, diz Luo, pode também ser imaginado como um prato de espaguete. “A espermina é como queijo que conecta os longos e finos macarrões sem colá-los, facilitando a digestão.”
Procurando a combinação certa de ingredientes
A espermina também influencia outras doenças, incluindo câncer, por exemplo. Aqui, também são necessárias mais pesquisas para esclarecer os mecanismos envolvidos – então, abordagens terapêuticas baseadas em espermina seriam concebíveis. Além da espermina, existem muitas outras poliaminas que desempenham funções importantes no organismo e, portanto, despertam interesse médico. Isso torna a pesquisa nessa área bastante promissora. “Se entendermos melhor os processos subjacentes”, diz Luo, “podemos cozinhar pratos mais saborosos e mais digestíveis, por assim dizer, porque assim saberemos exatamente quais temperos, em quais quantidades, tornam o molho especialmente gostoso.”
A inteligência artificial também está sendo utilizada nessa busca, pois pode calcular combinações promissoras de “ingredientes para o molho” muito mais rapidamente com base em todos os dados disponíveis. Luo também observa que técnicas de medição por scattering em tempo resolvido e imagens de alta resolução, que podem capturar esses processos em tempo real até o nível subcelular, são cruciais para esse trabalho e para futuros estudos. Fora do PSI, esses métodos avançados estão disponíveis apenas em algumas outras instalações de sincrotrons no mundo.
