Pesquisadores utilizam reprogramação celular para identificar as causas de deficiência intelectual grave

Indivíduos portadores de uma condição rara apresentam mutação em um único gene que inibe ação de enzima importante para a formação de neurônios. Investigação foi realizada no Centro de Pesquisa sobre o Genoma Humano e Células-Tronco – um CEPID da FAPESP na USP com a colaboração do Salk Institute (EUA)

Maria Fernanda Ziegler | Agência FAPESP – Ao investigar casos de uma doença rara em Brejo dos Santos, uma cidadezinha isolada no sertão da Paraíba, pesquisadores da Universidade de São Paulo (USP) descobriram uma das causas para a deficiência intelectual grave. A descoberta, publicada na revista Molecular Psychiatry, amplia o entendimento sobre o desenvolvimento neurológico e abre caminho para novos estudos sobre doenças neurológicas e o desenvolvimento de novas drogas.

Na cidade, onde é relativamente comum o casamento consanguíneo, há alta incidência de uma doença rara. Numa só família, por exemplo, quatro dos dez filhos nasceram com a doença. Além de deficiência intelectual grave, eles também apresentam quadros psiquiátricos como alucinação, mania de perseguição e comportamento repetitivo.

“É uma doença rara que era desconhecida até então e o estudo pode também trazer pistas valiosas sobre os mecanismos envolvidos na formação de neurônios. É importante investigar e realizar estudos com essas populações, não apenas para descobrir e possivelmente tratar novas doenças. É a partir desses resultados que ampliamos conhecimento e podemos criar, no futuro, modelos capazes de elucidar as causas genéticas das mais diferentes doenças neurológicas”, explica Mayana Zatz, coordenadora do Centro de Pesquisa sobre o Genoma Humano e Células-Tronco (CEGH-CEL) e coautora do artigo.

O estudo, que teve a primeira publicação em 2012, a partir de uma pesquisa de campo no interior da Paraíba, teve a parte de reprogramação celular realizada no CEGH-CEL – um Centro de Pesquisa, Inovação e Difusão (CEPID) financiado pela FAPESP na USP. A pesquisa também integra um Projeto Temático, apoiado pela FAPESP, que estuda envelhecimento e doenças genéticas.

A investigação genética mostrou que a doença – identificada como deficiência intelectual autossômica recessiva – era causada pela mutação de um único gene (IMPA1). Mais recentemente, os pesquisadores buscaram entender os efeitos dessa mutação e descobriram que a alteração genética está associada à ausência de uma enzima (inositol), causando assim a formação anormal de neurônios.

“A deficiência intelectual pode ser causada por vários fatores genéticos e outros tantos ambientais. Na questão genética o mais comum é que seja causado por mutações em mais de um gene. Não é o caso dos pacientes que estudamos. Para manifestar a doença, a criança precisa receber um alelo com a mutação de sua mãe e outro de seu pai. O risco de isso acontecer é de 25% em cada gestação”, explica Thalita Figueiredo, primeira autora do estudo fruto da Bolsa de Pós-Doutorado e Bolsa Estágio de Pesquisa no Exterior, realizada no Salk Institute For Biological Studies (Estados Unidos), ambas apoiadas pela FAPESP.

Para descobrir que a mutação no gene IMPA1 desencadeava a doença, os pesquisadores coletaram amostras de sangue de indivíduos da família (todos adultos) com e sem a doença e realizaram o sequenciamento genético completo do exoma – parte do genoma onde ficam os genes codificadores de proteína e, portanto, onde há mais chance de ocorrerem mutações causadoras de doenças.

“Embora tenha sido a primeira vez que o gene foi relacionado com a deficiência intelectual, o IMPA1 é um gene muito estudado. Ele é responsável por produzir uma enzima que está envolvida no metabolismo do inositol, popularmente conhecido como um tipo de vitamina B e fundamental para várias funções celulares. Outro aspecto importante dessa enzima é que ela é inibida pelo lítio, principal medicamento utilizado como estabilizador de humor em pacientes com transtorno bipolar”, diz.

Uma nova etapa do estudo foi realizada para o mecanismo que desencadeia a síndrome. Por meio de técnicas de reprogramação celular, os pesquisadores transformaram células de sangue e de pele de pacientes com a forma grave de deficiência intelectual em células-tronco pluripotentes, para então convertê-las em neurônios do hipocampo e em astrócitos.

“Com esse estudo conseguimos entender a importância dessa enzima na neurogênese. A mutação está associada a uma formação anormal dos neurônios. Pacientes com deficiência dessa enzima não conseguem produzir neurônios de forma eficaz. Ocorre a morte prematura dos neurônios e eles não conseguem se replicar durante o desenvolvimento”, diz Figueiredo.

O hipocampo é a região do cérebro que está envolvida com a memória, comportamento. “Com a reprogramação celular, foi possível investigar em laboratório os efeitos da mutação genética na formação dos neurônios. É possível acompanhar desde o início com as células-tronco, depois com uma estrutura parecida com o tubo neural até se tornar um neurônio maduro, ou seja, na mesma fase que os pacientes estão, pois são todos adultos”, diz.

Figueiredo destaca que essa mutação é letal quando reproduzida em modelo de experimentação animal. “A prole de camundongos não vinga e morre antes de completar o desenvolvimento intrauterino. Por isso a importância de ter um modelo experimental por reprogramação genética. Sem essa técnica não seria possível conduzir o estudo e entender os mecanismos que causam esse tipo de deficiência intelectual em humanos”, diz Figueiredo.

No estudo em laboratório, os pesquisadores ainda analisaram a suplementação de inositol na cultura celular obtida dos pacientes. “Houve uma melhora muito grande na formação de novos neurônios. Sem o inositol, surgiram apenas 20% dos neurônios esperados em condições normais, já com a suplementação houve um aumento considerável, atingindo 80% da quantidade de neurônios”, diz.

De acordo com Figueiredo, o estudo também possibilita um provável tratamento para a doença rara. “É claro que são necessários mais testes que confirmem isso, mas seria possível fazer a suplementação de inositol um pouco antes de a mulher ficar grávida para que não haja um problema tão grave na neurogênese. No caso dos indivíduos adultos com a doença rara, isso não deverá ter efeito, pois já são células maduras”, diz.

O artigo Inositol monophosphatase 1 (IMPA1) mutation in intellectual disability patients impairs neurogenesis but not gliogenesis (doi: 10.1038/s41380-020-00862-9), de Thalita Figueiredo, Ana P. D. Mendes, Danielle P. Moreira, Ernesto Goulart, Danyllo Oliveira, Gerson S. Kobayashi, Shani Stern, Fernando Kok, Maria C. Marchetto, Renata Santos, Fred H. Gage e Mayana Zatz, pode ser lido em www.nature.com/articles/s41380-020-00862-9.