Pesquisadores concluem maior banco de dados genômicos de idosos

Reunidas em repositório de acesso aberto, informações permitirão identificar mutações genéticas responsáveis por doenças

Integrantes do Centro de Estudos do Genoma Humano e de Células-Tronco (CEGH-CEL), do Instituto de Biociências da Universidade de São Paulo (IB-USP), concluíram o sequenciamento do genoma completo de 1.171 idosos paulistanos.

A análise dos dados, reunidos em um repositório de acesso aberto, permitirá identificar mutações genéticas responsáveis por doenças, estimar a incidência na população brasileira e encontrar variantes que podem ser determinantes para o envelhecimento saudável, entre outras aplicações.

Os resultados do estudo foram publicados na plataforma bioRxiv, em artigo ainda sem revisão por pares. “É o maior banco de DNA de pessoas idosas da América Latina e de uma população altamente miscigenada como a brasileira, resultado de um trabalho iniciado há mais de 10 anos”, diz à Agência Fapesp Mayana Zatz, professora do IB-USP e coordenadora do CEGH-CEL – um Centro de Pesquisa, Inovação e Difusão (CEPID) financiado pela Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp).

Os idosos, com média de idade de 71 anos e não aparentados, foram selecionados por pesquisadores da Faculdade de Saúde Pública da USP no âmbito do Projeto Saúde, Bem-estar e Envelhecimento (SABE), apoiado pela Fapesp.

Condições de vida

Iniciado em 2000, o SABE, coordenado pela professora Yeda Duarte, tem o objetivo de traçar o perfil das condições de vida e saúde de idosos que residem na cidade de São Paulo e em outros centros urbanos da América Latina e do Caribe a partir de entrevistas domiciliares, avaliações e exames médicos.

“Esse estudo é representativo da população idosa de São Paulo porque é baseado no censo do município paulista e inclui pessoas de todos os níveis socioeconômicos”, avalia Zatz.

Os idosos foram escolhidos como população-alvo para sequenciamento do genoma por já terem passado da idade de início de manifestação de uma série de doenças que surgem na velhice, como o Alzheimer e Parkinson, entre outras, explica a pesquisadora.

Análises

As primeiras análises dos dados genômicos dos idosos paulistanos, que incluem descendentes de imigrantes de diferentes continentes, permitiram identificar mais de 76 milhões de variantes genéticas, das quais dois milhões não estão descritas em bancos de dados genômicos internacionais.

Uma das explicações para essa lacuna é que populações altamente miscigenadas, como a brasileira, estão sub-representadas nesses bancos genômicos, que guardam majoritariamente dados genéticos de populações europeias.

A falta de diversidade nos bancos genéticos internacionais pode limitar o acesso de pessoas de ascendência não europeia aos benefícios da medicina de precisão e a testes com maior acurácia, aumentando potencialmente as disparidades de saúde, ressaltam os autores do estudo.

“O número excessivo de variantes não descritas indica que nossas populações parentais não estão representadas nesses bancos e reafirma a importância de sequenciar o genoma de brasileiros, especificamente, para reduzir as assimetrias de representatividade nos bancos genômicos internacionais”, aponta Michel Naslavsky, professor do IB-USP e primeiro autor do estudo, à Agência Fapesp.

Variabilidade

A análise da ancestralidade genética dos idosos revelou uma variabilidade considerável, que abrange desde um único ancestral a uma mistura de dois ou mais, com maior predominância, nesta ordem, de europeus, africanos, ameríndios e do leste asiático.

Essa diversidade genética é oposta à de países como os Estados Unidos, onde, apesar da existência de grupos populacionais descendentes de africanos e de caucasianos, pessoas que possuem duas ou mais ancestralidades são incomuns, compara Naslavsky.

“Os americanos que apresentam essa rara miscigenação são classificados nos bancos genômicos dos Estados Unidos como latinos, quando, na realidade, são majoritariamente mexicanos, que não apresentam o mesmo perfil de ancestralidade genética das populações do Brasil e de outros países da América Latina” avalia.

Também foram identificados quase 2 mil elementos genéticos móveis – partes genômicas que podem se deslocar para diferentes partes do genoma –, mais de 140 novos alelos de genes HLA – que se diversificam na forma e com vários alelos diferentes – e segmentos genômicos, totalizando entre 60 e 70 milhões de pares de bases que não haviam sido referidos em sequenciamentos do genoma humano realizados até o momento.

Esse número equivale a 2% das sequências do genoma humano completo, composto por 3 bilhões de pares de bases. Apesar de parecer pequeno, esse montante de regiões genômicas sem referência representa uma parte expressiva do genoma humano de brasileiros que ainda não está nas bases genômicas internacionais e pode explicar as diferenças genéticas e o surgimento de doenças e ainda contar a história da origem dessa população, avalia Naslavsky.

“Estamos enriquecendo os genomas de referência globais com os dados da população brasileira. A partir de agora, ao sequenciar o genoma de brasileiros será possível alinhar com o genoma de referência global e com o do nosso projeto”, afirma o pesquisador.

Estimativa de doenças

Para demonstrar a utilidade clínica do trabalho foram comparadas quase 400 mutações gênicas identificadas nos idosos com as apontadas como causadoras de doenças (patogênicas) nos bancos genômicos públicos para verificar se correspondiam a essa classificação.

“As análises comparativas permitiram reclassificar mais de 40% de mutações e apontar que algumas delas podem ter efeito menor do que o previsto anteriormente”, diz Naslavsky.

Os pesquisadores também selecionaram mutações associadas a doenças autossômicas recessivas – causadas pela herança de duas cópias alteradas de um mesmo gene, sendo uma proveniente do pai e outra da mãe – identificadas nos idosos para estimar a incidência delas na população brasileira. Entre as doenças estão a fibrose cística – mais comum entre os europeus –, a anemia falciforme – mais prevalente entre os africanos –, surdez relacionada ao gene GJB2 e a febre familiar mediterrânea.

No caso da fibrose cística, por exemplo, a frequência é de um caso em cada 2 mil nascidos na Europa, enquanto no Brasil a incidência estimada é de um caso em cada 10 mil.

“A incidência dessa doença é maior na Europa porque a mutação causadora é mais comum em caucasoides. Como a população brasileira é muito mais miscigenada, ela é mais rara no país”, explica Zatz.

Políticas de saúde

A surdez relacionada ao gene GJB2 e a febre familiar mediterrânea são as doenças autossômicas recessivas que aparecem com mais frequência em brasileiros, indica o estudo. Isso se deve, provavelmente, à contribuição genética ibérica, mediterrânea e do Oriente Médio, estimam os pesquisadores.

“Além da importância na medicina de precisão, esses resultados demonstram que o sequenciamento de genomas completos pode auxiliar na elaboração de políticas de saúde pública ao ajudar a estimar quantas pessoas podem nascer com doenças genéticas em uma determinada população”, avalia Naslavsky.

O artigo (em inglês) pode ser lido na plataforma bioRxiv em www.biorxiv.org/content/10.1101/2020.09.15.298026v1.

Fonte: Governo de SP

Cientistas identificam molécula que regula adaptação de músculos

Mediador celular que torna possível o ajuste acaba de ser descrito por pesquisadores da USP e de universidade norte-americana

O início de qualquer programa de atividade física pode provocar dores musculares que dificultam movimentos tão simples como o de levantar-se de um sofá. Com o tempo e um pouco de persistência, os músculos se acostumam à demanda e ganham desenvoltura. O mediador celular que torna possível essa adaptação ao exercício acaba de ser descrito por pesquisadores da Harvard University (Estados Unidos) e da Universidade de São Paulo (USP) na revista Cell.

Trata-se de um metabólito chamado succinato, até agora conhecido apenas por sua participação no processo de respiração celular dentro das mitocôndrias. Entre os autores do artigo estão o professor do Instituto de Ciências Biomédicas (ICB-USP) Julio Cesar Batista Ferreira, integrante do Centro de Pesquisa de Processos Redox em Biomedicina (Redoxoma), um Centro de Pesquisa, Inovação e Difusão (CEPID) da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp), e o pós-doutorando Luiz Henrique Bozi, que conduziu a investigação durante estágio na instituição norte-americana, com apoio da Fapesp.

“Nossos resultados revelam que durante o exercício físico o succinato sai da célula muscular e envia sinais para a vizinhança que induzem um processo de remodelamento do tecido. Os neurônios motores criam novas ramificações, as fibras musculares tornam-se mais homogêneas, o que lhes permite gerar mais força durante a contração, e todas as células passam a captar mais glicose da circulação para produzir ATP [trifosfato de adenosina, o combustível celular]. Há um ganho de eficiência”, conta Julio Cesar Batista Ferreira à Agência Fapesp.

Experimentos

As conclusões do estudo estão baseadas em uma vasta gama de experimentos conduzidos com animais e também com voluntários humanos. O primeiro deles consistiu em comparar mais de 500 metabólitos presentes em um músculo da perna de camundongos antes e após os animais serem colocados para correr em uma esteira até a exaustão.

“Além das fibras musculares, o tecido também é composto por células imunes, nervosas e endoteliais. Se cada uma delas fosse uma casa, as ruas entre as casas seriam o espaço intersticial. Nós analisamos isoladamente cada uma das casas e também as ruas para descobrir o que muda na vizinhança após o exercício. Foi então que notamos um aumento significativo de succinato somente nas fibras musculares e no espaço intersticial”, relata Ferreira.

Fenômeno semelhante foi observado em voluntários saudáveis, com idade entre 25 e 35 anos, durante uma intensa sessão de bicicleta ergométrica com 60 minutos de duração. Nesse caso, a análise foi feita com amostras de sangue obtidas por meio de cateteres inseridos na artéria e na veia femoral. Observou-se que com o exercício a concentração de succinato crescia substancialmente somente no sangue venoso que saía do músculo. Depois, durante a recuperação, esses valores caíam rapidamente.

Resposta ao estresse

A essa altura, os pesquisadores já estavam convencidos de que em resposta ao estresse provocado pelo exercício as células musculares liberavam succinato. Mas ainda era preciso descobrir como e, principalmente, por quê. A análise do sangue dos voluntários deu uma pista: outro composto cuja concentração aumentou com o exercício – tanto no sangue venoso quanto no arterial – foi o lactato (forma ionizada de ácido lático), um sinal de que as células tinham ativado seu sistema emergencial de geração de energia.

“O succinato é um metabólito que normalmente não consegue atravessar a membrana e sair da célula. Lá dentro, ele participa do ciclo de Krebs – uma série de reações químicas que ocorrem dentro da mitocôndria e resultam na formação de ATP. Mas quando a demanda energética aumenta muito e a mitocôndria não dá conta de atender, um sistema anaeróbico é ativado, o que causa a formação excessiva de lactato e acidifica o interior celular. Descobrimos que essa alteração de pH causa uma modificação na estrutura química do succinato que lhe permite passar pela membrana e escapar para o meio extracelular”, ressalta Luiz Henrique Bozi à Agência Fapesp.

A proteína transportadora que ajuda o succinato a sair da célula foi identificada por meio da análise do conjunto de proteínas (proteômica) presentes na membrana das células musculares dos camundongos e dos voluntários. Os resultados mostraram que, após o exercício, aumentava no tecido muscular a quantidade de MCT1, uma proteína especializada em carregar moléculas monocarboxiladas de dentro para fora da célula.

“O tipo de molécula que a MCT1 transporta é semelhante ao succinato quando sofre modificação química em meio ácido – ele deixa de ser dicarboxilado e torna-se monocarboxilado. Fizemos vários experimentos in vitro para confirmar se era esse o mecanismo induzido pelo exercício”, conta o pós-doutorando.

Produção de energia

Um dos testes foi submeter células musculares em cultura a uma condição de hipóxia (privação de oxigênio), com o objetivo de ativar o mecanismo anaeróbico de produção de energia e gerar lactato. Observou-se que isso era suficiente para induzir a liberação de succinato no espaço intersticial.

Outro experimento foi feito com células germinativas de sapos (oócitos) modificadas geneticamente para expressar a proteína MCT1 humana. Os pesquisadores comprovaram que somente ao serem colocados em um meio com pH ácido os oócitos passavam a liberar succinato.

“Já sabíamos, nesse ponto, que a acidez fazia o succinato sofrer um processo químico chamado protonação, que o torna capaz de se ligar à proteína MCT1 e atravessar a membrana para o meio extracelular. Mas ainda precisávamos descobrir o significado desse acúmulo do metabólito no espaço intersticial durante o exercício”, conta Ferreira.

Já está bem estabelecida na literatura científica a importância da comunicação entre as células para o processo de adaptação do organismo a qualquer tipo de estresse. Essa troca de sinais ocorre por meio de moléculas liberadas no espaço intersticial para se ligar a proteínas existentes na membrana de células vizinhas. A ativação desses receptores de membrana desencadeia processos que levam a modificações estruturais e funcionais no tecido.

“Nossa hipótese era de que o succinato desempenhava esse papel de regulação no músculo ao se ligar a uma proteína chamada SUCNR1 [receptor 1 de succinato, na sigla em inglês]. Ela está altamente expressa, por exemplo, na membrana dos neurônios motores”, diz Bozi.

Ensaios

Para testar a teoria, foram feitos ensaios com camundongos geneticamente modificados para não expressar a SUCNR1. Os animais foram colocados para se exercitar livremente em uma roda própria para roedores durante três semanas – período suficiente para que houvesse modificações morfológicas e funcionais no tecido muscular.

“Seria esperado que as fibras se tornassem mais homogêneas e houvesse ganho de força, o que não ocorreu. Além disso, o exercício não promoveu nesses animais a ramificação dos neurônios motores – algo crucial para aumentar a eficiência da contração. E, finalmente, notamos que a capacidade das células de captar glicose não aumentou e que os animais apresentavam menor sensibilidade à insulina do que os camundongos não modificados. Ou seja, sem o receptor do succinato não houve o processo de remodelamento induzido pelo exercício”, conta Ferreira.

Segundo o pesquisador, o estudo mostrou de forma inédita a ação parácrina do succinato no tecido muscular, ou seja, o papel da molécula de sinalizar para as células vizinhas a necessidade de modificar seus processos internos para se adequar ao “novo normal”.

“O passo seguinte é investigar se esse mecanismo está perturbado em outras enfermidades caracterizadas pela alteração do metabolismo energético e acidificação celular – como é o caso das doenças neurodegenerativas, onde a comunicação entre astrócitos e neurônios é crítica para a progressão da doença”, afirma Ferreira.

O artigo (em inglês) pode ser lido em www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(20)31081-3