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A doença de Parkinson é uma doença neurodegenerativa complexa que leva à deterioração de tipos específicos de neurônios no cérebro, resultando em vários sintomas motores e não motores. Estima-se atualmente que mais de 10 milhões de pessoas no mundo vivam com a doença de Parkinson, a segunda doença neurodegenerativa mais comum depois da doença de Alzheimer. Espera-se que esse número aumente para 14 milhões até 2040, no que é conhecido como a pandemia de Parkinson.
Um dos principais eventos na doença de Parkinson é o acúmulo de uma proteína chamada alfa-sinucleína dentro dos neurônios. Essa acumulação perturba o funcionamento normal das células, dando origem aos sintomas da doença de Parkinson e de outras doenças, e progride para agregados chamados corpos de Lewy.
Num novo estudo, investigadores de dois laboratórios da EPFL combinaram os seus conhecimentos para explorar como a alfa-sinucleína perturba os processos metabólicos dentro dos neurónios. O estudo é uma colaboração verdadeiramente interdisciplinar entre a Plataforma Bertarelli para Terapia Gênica de Bernard Schneider e o grupo de Anders Meibom na EPFL, com o apoio do Centro de Microscopia Bioeletrônica da EPFL.
Os pesquisadores usaram técnicas de imagem de ponta, incluindo um instrumento analítico chamado NanoSIMS (Espectrometria de Massa de Íons Secundários em Nanoescala). NanoSIMS é uma “microssonda iônica” que combina alta resolução espacial (50-150 nm), espectrometria de massa de alta resolução e alta sensibilidade analítica, o que permite produzir mapas subcelulares de renovação metabólica com extrema sensibilidade. O laboratório de Meibom na EPFL usou o NanoSIMS para uma série de estudos ecológicos e geológicos.
Neste estudo, os pesquisadores combinaram NanoSIMS com marcação de isótopos estáveis, para visualizar variações isotópicas dentro dos tecidos em alta resolução, fornecendo informações sobre a atividade metabólica de compartimentos celulares e organelas individuais. Eles combinaram isso com a microscopia eletrônica para “ver” mais informações de amostras biológicas.
Para modelar a doença de Parkinson, a equipe utilizou ratos geneticamente modificados que superexpressavam a alfa-sinucleína humana em um hemisfério do cérebro, deixando o outro saudável como controle. Ao comparar os neurónios que sobre-expressam a alfa-sinucleína com os do hemisfério de controlo, os cientistas descobriram mudanças significativas na forma como as moléculas de carbono são incorporadas e processadas nos neurónios.
Uma das descobertas mais notáveis foi o efeito da alfa-sinucleína na renovação do carbono dentro dos neurônios. Os neurônios que superexpressam a alfa-sinucleína mostraram uma renovação geral aumentada de macromoléculas, sugerindo que o acúmulo de alfa-sinucleína pode levar ao aumento da demanda metabólica nessas células.
O estudo também constatou alterações na distribuição do carbono entre os diferentes compartimentos celulares, como o núcleo e o citoplasma, que podem ser influenciadas pela interação da alfa-sinucleína com o DNA e as histonas.
As perturbações metabólicas causadas pela alfa-sinucleína também parecem afectar organelos específicos: as mitocôndrias, por exemplo, mostraram incorporação anormal de carbono e padrões de renovação, o que concorda com estudos anteriores que mostram que a alfa-sinucleína prejudica a função mitocondrial. Da mesma forma, o aparelho de Golgi – responsável pelo tráfego e comunicação celular – exibiu defeitos metabólicos que foram provavelmente causados pela interrupção da comunicação entre organelas pela alfa-sinucleína.
“Este estudo mostra o potencial da tecnologia NanoSIMS para revelar alterações metabólicas no cérebro, com resolução sem precedentes, a nível subcelular”, diz Bernard Schneider. “Isso nos dá uma ferramenta para estudar alterações patológicas precoces que ocorrem em neurônios vulneráveis como consequência do acúmulo de alfa-sinucleína, um mecanismo diretamente ligado à doença de Parkinson”.
Outros contribuidores
- Departamento de Ciências da Terra da Universiteit Utrecht
- Centro de Análise Avançada de Superfícies da Universidade de Lausanne
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