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Em uma série de experimentos que começaram com amebas, organismos unicelulares que estendem apêndices semelhantes a bainhas para se mover, os cientistas da Johns Hopkins Medicine dizem ter identificado uma via genética que poderia ser ativada para ajudar a limpar o muco dos pulmões das pessoas. Com obstrução pulmonar crônica. doença uma doença pulmonar generalizada.
“Médicos-cientistas e biólogos fundamentais trabalharam juntos para entender um problema na raiz de uma grande doença humana, e o problema, como tantas vezes acontece, está relacionado à biologia central das células”, diz Doug Robinson, Ph. D., professor de biologia celular, farmacologia e ciências moleculares, medicina (divisão pulmonar), oncologia e engenharia química e biomédica na Escola de Medicina da Universidade Johns Hopkins.
A doença pulmonar obstrutiva crônica (DPOC) é a quarta causa de morte nos EUA, afetando mais de 15 milhões de adultos, de acordo com os Centros de Controle e Prevenção de Doenças dos EUA. Ela faz com que os pulmões se encham de muco e catarro, e pessoas com A DPOC apresenta tosse crônica, respiração ofegante e falta de ar. O tabagismo é a principal causa em até três quartos dos casos de DPOC e não há cura ou tratamento eficaz disponível, apesar de décadas de pesquisa.
Em um relatório sobre seu novo emprego, publicado em 25 de fevereiro no Revista Cell Science, os pesquisadores dizem que adotaram uma nova abordagem para compreender a biologia do distúrbio, visando um organismo com uma estrutura biológica muito mais simples do que as células humanas para identificar genes que poderiam proteger contra substâncias químicas nocivas na fumaça do cigarro.
Robinson e seu colaborador, Ramana Sidhaye, MD, também professor de medicina na Divisão de Pneumologia da Johns Hopkins, com o ex-membro do laboratório Corrine Kliment, MD, Ph.D., sabiam que, conforme as espécies evoluem, as vias genéticas eram freqüentemente mantidas em todo o reino animal.
Entre na ameba terrestre Dictyostelium discoideum, que há muito é estudada para compreender o movimento e a comunicação celular. Os cientistas bombearam fumaça de cigarro de laboratório através de um tubo e borbulharam nos nutrientes líquidos que banham a ameba. Os cientistas então usaram amebas geneticamente modificadas para identificar genes que poderiam fornecer proteção contra a fumaça.
Ao olhar para os genes que forneceram proteção, criando células “sobreviventes”, uma família de genes se destacou do resto: as transloases de nucleotídeos de adenina (ANTs). As proteínas produzidas por esse grupo de genes são encontradas na membrana, ou superfície, da estrutura energética de uma célula, conhecida como mitocôndria. Geralmente, as mitocôndrias ajudam a usar as células de combustível para sobreviver. Quando um gene ANT está muito ativo, as células melhoram sua produção de combustível, protegendo-as da fumaça.
Kliment, Robinson e a equipe suspeitaram que eles também ajudam as amebas a superar os efeitos nocivos da fumaça do cigarro.
Para entender melhor como os genes ANT se comportam em humanos, os cientistas estudaram amostras de tecido de células que revestem os pulmões retiradas de 28 pessoas com DPOC que foram tratadas na Universidade de Pittsburgh e compararam a atividade genética das células pulmonares com células de 20 pessoas com pulmões normais . Função.
Os cientistas descobriram que os pacientes com DPOC tinham aproximadamente 20% menos expressão gênica do gene ANT2 do que aqueles com função pulmonar normal. Eles também descobriram que ratos expostos à fumaça perdem a expressão do gene ANT2.
Em seguida, Robinson, Kliment e sua equipe de pesquisa procuraram descobrir como ANT2 poderia fornecer proteção contra produtos químicos na fumaça do cigarro e, no processo, descobriram algo completamente inesperado.
As células que revestem os pulmões usam projeções semelhantes a dedos, chamadas cílios, para varrer o muco e outras partículas dos pulmões. Em mamíferos, incluindo pessoas, os cientistas descobriram que o gene ANT2 produz proteínas localizadas dentro e ao redor dos cílios que trabalham para liberar pequenas quantidades do combustível da célula em uma substância aquosa próxima à célula. O combustível melhora a capacidade dos cílios de “bater” ritmicamente e regularmente para limpar o muco.
“Em pacientes com DPOC, o muco se torna muito espesso para deixar os pulmões”, diz Robinson.
A equipe da Johns Hopkins Medicine descobriu que, em comparação com as células do pulmão humano com função ANT2 normal, os cílios das células do pulmão humano sem ANT2 superam o desempenho 35% menos eficazmente quando expostos à fumaça. Além disso, o fluido aquoso próximo à célula tinha cerca de metade da altura das células normais, sugerindo que o fluido era mais denso, o que também pode contribuir para taxas de batimento mais baixas.
Quando os cientistas criaram células pulmonares geneticamente modificadas para terem um gene ANT2 hiperativo e as expuseram à fumaça, os cílios nas células pulsaram com a mesma intensidade que as células normais não expostas à fumaça. A camada aquosa próxima a essas células era aproximadamente 2,5 vezes maior do que a das células sem ANT2.
“As células são boas na reutilização de processos celulares entre espécies e, em nossos experimentos, descobrimos que os mamíferos reutilizaram o gene ANT para ajudar a entregar sinais celulares para construir a camada de hidratação adequada nas vias aéreas”, diz Robinson. “Quem teria pensado que uma proteína mitocondrial também poderia viver na superfície da célula e ser responsável por ajudar os cílios nas vias aéreas a bater e se mover?”
Robinson diz que novas pesquisas podem produzir descobertas para desenvolver terapia genética ou drogas para adicionar a função ANT2 de volta às células do revestimento do pulmão como um tratamento potencial para a DPOC.
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Traduzido de Science Daily
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