Notícia

Nanomaterial que imita proteínas pode ser base para novos tratamentos de doenças neurodegenerativas

Laboratório do Dr. Jeffrey Johnson, Universidade de Wisconsin-Madison

Fonte

Universidade de Wisconsin-Madison

Data

domingo, 28 abril 2024 14:30

Áreas

Bioengenharia. Biologia. Biomateriais. Bioquímica. Biotecnologia. Engenharia Biológica. Engenharia Biomédica. Envelhecimento. Nanotecnologia. Neurociências. Psiquiatria. Saúde Pública.

Um nanomaterial recentemente desenvolvido que imita o comportamento de proteínas pode ser uma ferramenta eficaz para o tratamento da doença de Alzheimer e de outras doenças neurodegenerativas. O nanomaterial altera a interação entre duas proteínas-chave nas células cerebrais – com um efeito terapêutico potencialmente poderoso.

As descobertas inovadoras, publicadas recentemente na revista científica Advanced Materials, foram possíveis graças a uma colaboração entre cientistas da Universidade de Wisconsin-Madison e engenheiros de nanomateriais da Universidade Northwestern, nos Estados Unidos.

O trabalho gira em torno da alteração da interação entre duas proteínas que se acredita estarem envolvidas na preparação do cenário para doenças como Alzheimer, Parkinson e Esclerose Lateral Amiotrófica (ELA).

A primeira proteína é chamada Nrf2, um tipo específico de proteína (fator de transcrição) que ativa e desativa genes dentro das células. Uma das funções importantes do Nrf2 é o seu efeito antioxidante. Embora diferentes doenças neurodegenerativas resultem de processos patológicos separados, um ponto em comum entre elas é o efeito tóxico do estresse oxidativo nos neurônios e outras células nervosas. A Nrf2 combate esse estresse tóxico nas células cerebrais, ajudando a evitar doenças.

O Dr. Jeffrey Johnson, professor da Escola de Farmácia da Universidade de Wisconsin-Madison, vem estudando a Nrf2 como um alvo promissor para o tratamento de doenças neurodegenerativas há décadas ao lado de sua esposa Dra. Delinda Johnson, cientista sênior da Escola de Farmácia de Wisconsin. Em 2022, o casal de pesquisadores e outro grupo de colaboradores descobriram que o aumento da atividade de Nrf2 num tipo específico de células no cérebro, o astrócito, ajudou a proteger os neurônios em modelos de camundongos com doença de Alzheimer, levando a uma perda de memória significativamente menor.

Embora esta investigação anterior sugerisse que o aumento da atividade de Nrf2 poderia constituir a base do tratamento da doença de Alzheimer, os cientistas consideraram um desafio atingir eficazmente a proteína dentro do cérebro.

“É difícil introduzir drogas no cérebro, mas também tem sido muito difícil encontrar drogas que ativem a Nrf2 sem muitos efeitos fora do alvo”, explicou o professor Jeffrey Johnson.

Conhecido como polímero semelhante a proteína (PLP), o material sintético é projetado para se ligar a proteínas como se ele próprio fosse uma proteína. Este imitador em nanoescala é produto de uma equipe liderada pelo Dr. Nathan Gianneschi, professor de Química na Universidade Northwestern.

O professor Gianneschi projetou vários PLPs para atingir várias proteínas. Este PLP específico está estruturado para alterar a interação entre a Nrf2 e outra proteína chamada Keap1. A interação, ou via, das proteínas é um alvo bem conhecido para o tratamento de muitas condições porque a Keap1 controla essencialmente quando o Nrf2 responde – e combate – o estresse oxidativo. Unidos sob condições sem estresse, a Keap1 libera Nrf2 para realizar seu trabalho antioxidante quando necessário.

O professor Gianneschi e os Johnsons foram aproximados pelo Dr. Robert Pacifici, diretor científico da Fundação CHDI, que financia pesquisas destinadas ao tratamento da doença de Huntington, outra doença neurodegenerativa. A fundação financiou o trabalho dos Johnsons e de Gianneschi no passado.

Logo, os Johnsons e o professor Gianneschi estavam discutindo a possibilidade de o laboratório de Wisconsin fornecer modelos de células cerebrais de camundongos necessárias para testar o nanomaterial semelhante a proteína do professor Nathan Gianneschi.

A pesquisa, então, mostrou que o PLP do Dr. Gianneschi foi muito eficaz na ligação ao Keap1, o que liberou a Nrf2 para se acumular nos núcleos das células, aumentando a sua função antioxidante. É importante ressaltar que isso aconteceu sem causar efeitos indesejados fora do alvo, que dificultaram outras estratégias destinadas a ativar melhor a Nrf2.

Embora esse trabalho tenha sido realizado em células em cultura, os Johnsons e o professor Gianneschi estão agora dando um passo adiante em modelos de doenças neurodegenerativas em camundongos. É uma linha de pesquisa na qual eles não esperavam estar envolvidos, mas agora estão entusiasmados em prosseguir.

“Não temos experiência em biomateriais”, disse a Dra. Delinda Johnson. “Portanto, interagir com a Northwestern e depois avançar no lado biológico aqui em Wisconsin mostra que esses tipos de colaboração são realmente importantes”.

Acesse o artigo científico completo (em inglês).

Acesse a notícia completa na página da Universidade de Wisconsin-Madison (em inglês).

Fonte: Will Cushman, Universidade de Wisconsin-Madison. Imagem: efeito de polímeros semelhantes a proteínas (em vermelho) nas células cerebrais de um modelo de camundongo. Os polímeros em nanoescala são projetados para alterar a interação entre duas proteínas e combater o estresse oxidativo nas células. Fonte: Laboratório do Dr. Jeffrey Johnson, Universidade de Wisconsin-Madison.

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