Molécula mostra potencial contra insuficiência cardíaca

Por Karina ToledoAgência FAPESP – Uma molécula sintética descoberta por pesquisadores da Universidade Stanford, nos Estados Unidos, e da Universidade de São Paulo (USP) demonstrou, em ensaios pré-clínicos, potencial para se tornar uma aliada no tratamento da insuficiência cardíaca e de outras doenças. Os primeiros testes com humanos, apenas para atestar a segurança do composto, devem ter início no segundo semestre deste ano, com apoio privado.
Denominada Alda-1, a droga é capaz de ativar uma enzima chamada ALDH2 (aldeído desidrogenase-2), existente na mitocôndria e essencial para o bom funcionamento de todas as células, inclusive as cardíacas.
“Essa enzima tem uma enorme importância para a célula, pois ajuda a evitar o acúmulo de aldeídos – moléculas tóxicas e altamente reativas produzidas pela célula. Cada vez mais, a deficiência de ALDH2 tem sido associada a diferentes tipos de doença”, contou Julio Cesar Batista Ferreira, professor do Departamento de Anatomia do Instituto de Ciências Biomédicas da USP e coordenador da pesquisa apoiada pela FAPESP no Brasil.
Em um experimento recente, realizado durante o mestrado de Kátia Maria Sampaio Gomes – sob orientação de Ferreira e com Bolsa da FAPESP –, o grupo tratou ratos portadores de insuficiência cardíaca com Alda-1 durante seis semanas e observou um aumento de 40% na capacidade do coração de bombear sangue.
Os resultados foram divulgados na edição de junho da revista Cardiovascular Research. O projeto venceu a Olimpíada USP de Inovação 2013 na categoria “Prova de Conceito”.
O modelo animal usado na pesquisa simula uma das principais etiologias da insuficiência cardíaca: o infarto agudo do miocárdio. Para induzir o problema no rato, os cientistas amarram uma de suas artérias coronárias. A falta de irrigação sanguínea causa a morte imediata de aproximadamente 30% das células cardíacas. As restantes passam a trabalhar dobrado para compensar a lesão e acabam entrando em colapso. Após um mês, o animal já apresenta sinais de insuficiência cardíaca.
“Iniciamos o tratamento com Alda-1 quatro semanas após o infarto induzido, quando os animais já apresentavam uma função cardíaca prejudicada. Após seis semanas de tratamento, observamos aumento de 40% no volume de sangue bombeado no grupo que recebeu a droga. Já no grupo placebo a função cardíaca havia caído ainda mais”, contou Ferreira.
Primeiros achadosA Alda-1 foi descoberta ainda durante o pós-doutorado de Ferreira, realizado em Stanford com apoio da FAPESP.
Em um estudo publicado em 2011 na revista Science Translational Medicine, o grupo demonstrou que, ao ativar a enzima ALDH2 nas células cardíacas, a Alda-1 poderia proteger o coração após um infarto.
“Hoje, sabemos que o excesso de aldeídos prejudica diretamente o metabolismo mitocondrial, resultando em menor produção de ATP (adenosina trifosfato, molécula que armazena energia) e maior liberação de moléculas reativas como os radicais livres e os próprios aldeídos. Com o metabolismo prejudicado, a célula acaba morrendo. Nesse sentido, a Alda-1 tem um papel importante, pois protege a célula desse colapso metabólico induzido por excesso de aldeídos”, explicou Ferreira.
A ALDH2 tem justamente a missão de eliminar os aldeídos, mas sua atividade costuma estar diminuída em células cardíacas após um infarto ou em pacientes com insuficiência cardíaca. “Os próprios aldeídos em excesso acabam inativando a ALDH2 e ela não consegue removê-los de forma eficiente, criando um ciclo vicioso que resulta na morte celular”, explicou Ferreira.
No artigo de 2011, os cientistas mostraram que uma das drogas mais usadas em pacientes infartados para promover a vasodilatação – a nitroglicerina – inibe ainda mais a atividade da ALDH2, acelerando o processo de morte das células cardíacas. Mas experimentos com ratos indicaram que esse efeito deletério da nitroglicerina poderia ser neutralizado se, concomitantemente, a Alda-1 fosse administrada (leia mais em http://agencia.fapesp.br/14904).
Em uma revisão recente publicada na revista Physiological Reviews, os grupos de Stanford e da USP discutem mais amplamente o papel da ALDH2 e as oportunidades terapêuticas de substâncias capazes de ativar a expressão dessa enzima.
“Como os aldeídos são capazes de entrar na circulação e ligar-se a proteínas de órgãos distantes, nossa hipótese é que o tratamento com Alda-1 poderia evitar o efeito cascata que costuma ocorrer em pacientes com insuficiência cardíaca e acometer outros órgãos”, disse Ferreira.
Ao comparar amostras de sangue de pacientes com insuficiência cardíaca e de pessoas saudáveis, o grupo de Ferreira observou um nível três vezes maior de aldeídos circulantes. “Estimamos que no coração o nível seja 10 vezes maior”, disse o pesquisador.
Ensaios clínicosSob a coordenação de Daria Mochly-Rosen, professora do Departamento de Biologia Química e de Sistemas de Stanford, o grupo da universidade norte-americana criou a startup Aldea Pharmaceuticals para tentar transformar a Alda-1 – ainda uma droga experimental – em um produto comercial.
“Eles acabaram de obter financiamento privado para iniciar o ensaio clínico de fase 1, que basicamente tem o objetivo de avaliar a toxicidade da molécula em indivíduos saudáveis. Se os testes forem bem-sucedidos, poderão ter autorização para testar em portadores de uma determinada doença”, explicou Ferreira
Inicialmente, porém, o foco da Aldea – que não tem participação brasileira – não serão os pacientes com insuficiência cardíaca e sim portadores de uma mutação no gene da ALDH2, que afeta 600 milhões de pessoas no mundo (45% da população oriental, sendo a mutação mais frequente no mundo) e as torna mais suscetíveis aos efeitos nocivos do álcool – substância que ao ser metabolizada libera grande quantidade de aldeídos.
“Essa mutação reduz a atividade da ALDH2 em até 95%. Pessoas com essa mutação têm mais chance de desenvolver doenças associadas ao álcool, como câncer de esôfago. E, mesmo sem beber, têm maior risco de sofrer de doenças cardiovasculares e neuronais pela dificuldade de se livrar dos aldeídos”. A Alda-1 é capaz de aumentar a atividade da ALDH2 mutante em até 10 vezes, apresentando um grande potencial terapêutico para os indivíduos portadores da mutação”, contou Ferreira.
A Aldea deve testar ainda a eficiência da molécula Alda-1 na prevenção de problemas decorrentes do consumo excessivo de álcool e no tratamento emergencial de pacientes em coma alcoólico. Segundo Ferreira, a linha de doenças cardíacas também é uma das que a startup pretende investir no futuro.
“Os pesquisadores de Stanford estão fazendo uma série de estudos para otimizar a molécula, modificando sua estrutura a fim de torná-la mais solúvel, com efeito mais prolongado e com menor toxicidade. Nós temos um contrato para testar essas variantes nos modelos de nosso laboratório”, disse Ferreira.
 

Cientistas tentam identificar genes-chave para o controle de funções vitais

Por Karina Toledo, de Londres

Agência FAPESP – Diversas funções vitais do organismo são controladas pelo sistema nervoso autônomo, entre elas os batimentos cardíacos, a pressão arterial e o balanço hidromineral (relação entre o volume de água e o teor de sódio). Mas, em grande parte das pessoas, esse controle deixa de funcionar adequadamente com o envelhecimento, o que aumenta o risco de problemas como desidratação, hipertensão e diversas outras doenças cardiovasculares.

Descobrir como o avanço da idade e certos hábitos de vida – entres eles o sedentarismo e o consumo excessivo de sal – afetam a expressão de genes em determinadas regiões cerebrais responsáveis por esse balanço autonômico é o objetivo de dois projetos que estão sendo conduzidos por pesquisadores brasileiros e britânicos no âmbito de um acordo firmado entre a FAPESP e os Conselhos de Pesquisa do Reino Unido (RCUK, na sigla em inglês). Resultados preliminares desses projetos foram apresentados no dia 26 de setembro, durante a programação da FAPESP Week London. O simpósio foi realizado na capital do Reino Unido pela FAPESP, com apoio do British Council e da Royal Society. “Se conseguirmos identificar, por exemplo, um gene que é ativado pela prática de atividade física na parte do cérebro na qual estamos interessados, podemos manipular esse gene em animais para aumentar sua expressão e verificar se isso produz o mesmo efeito benéfico dos exercícios para o controle da pressão arterial. Claro que ainda estamos no nível da pesquisa básica, mas podemos, no futuro, identificar alvos potenciais para o desenvolvimento de novos medicamentos”, afirmou David Murphy, pesquisador da Universidade de Bristol e coordenador do grupo britânico nos dois projetos. No Brasil, a professora Lisete Compagno Michelini, da Universidade de São Paulo (USP), coordena um Projeto Temático, cujo objetivo é investigar os mecanismos fisiológicos responsáveis pelo desenvolvimento da hipertensão ao longo da vida e verificar se o treinamento físico poderia proteger contra esse déficit autonômico na velhice. “Antes do início do projeto, o grupo coordenado por Murphy já havia identificado em ratos adultos sete genes bastante relacionados com a homeostase cardiovascular. Nos experimentos feitos na USP, nós havíamos observado que a atividade física moderada melhora muito o balanço autonômico em ratos hipertensos, reduz a frequência cardíaca, a pressão arterial e modifica a expressão dos genes nessas mesmas áreas cerebrais estudadas por Murphy”, contou Michelini. Usando como modelo uma linhagem de ratos com propensão a desenvolver hipertensão à medida que envelhece, o grupo da USP decidiu estudar, em parceria com o grupo britânico, a expressão gênica em uma região do hipotálamo conhecida como núcleo paraventricular em várias fases da vida do animal. Também estão sendo analisados os genes do núcleo do trato solitário e da região rostroventrolateral da medula. A proposta é estudar quatro grupos de roedores: normotensos e hipertensos sedentários e normotensos e hipertensos, submetidos a uma hora diária de atividade física aeróbica moderada. “Pretendemos acompanhar esses quatro grupos desde um mês de idade – quando todos os animais ainda têm a pressão normal – até um ano e dois meses de idade, o que nos humanos seria o equivalente a 60 ou 70 anos”, contou Michelini. Também no Brasil, o professor José Antunes Rodrigues, da Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto (FMRP-USP), coordena um Temático que busca esclarecer os mecanismos neuroendócrinos que controlam a sede, o apetite por sal e a homeostase dos líquidos corporais. De acordo com Antunes, a regulação do sal no organismo depende da presença de receptores especiais capazes de detectar variações da osmolaridade plasmática (concentração de íons como sódio, cloreto, proteínas, bicarbonato, glicose e outros constituintes) e do volume sanguíneo. Essas informações são encaminhadas para o sistema nervoso central, que determina respostas comportamentais, como maior ingestão de água ou de sódio, ou respostas neuroendócrinas e renais, como aumento na excreção de água e de sódio. O mau funcionamento desse sistema pode fazer, por exemplo, com que a pessoa não sinta sede quando deveria, aumentando o risco de desidratação. “Na década de 1960, nós já havíamos observado em ratos que certos tipos de lesão no núcleo paraventricular diminuem a ingestão de sódio e que lesões nos núcleos amigdaloides determinam o aumento do consumo”, contou Rodrigues. Estudos recentes, acrescentou, descreveram a existência de dois genes no hipotálamo – o Giot1 e o Rasd1 – envolvidos na regulação do controle da ingestão de sódio em ratos sadios. Aparentemente, uma maior expressão do Giot1 resulta na inibição da ingestão de sódio, enquanto o Rasd1 tem o efeito de aumentar o consumo. “Decidimos então formar a parceria para tentar correlacionar os eventos fisiológicos que acompanham a alteração da ingestão ou da excreção de sódio e água com alterações específicas nos genes da região hipotalâmica”, contou Antunes. Em um dos experimentos, os pesquisadores submeterem ratas prenhes a uma dieta rica em sódio durante o período de gestação e lactação e observaram mudanças no padrão de ingestão de sódio e de água na prole.

“Queremos avaliar as alterações fisiológicas e genéticas que esses animais vão apresentar na idade adulta, tanto em repouso como em condição de restrição hídrica ou de sobrecarga salina”, disse o pesquisador.

Mão dupla

Com grande expertise no campo da fisiologia, os grupos brasileiros trabalham com modelos animais para identificar quais partes do organismo estão envolvidas no controle autonômico. Já o grupo da Inglaterra é responsável pela análise do chamado transcriptoma, ou seja, descobrir quais genes estão sendo expressos, em que nível e em quais regiões do corpo, e como os estímulos ambientais afetam a transcrição dos genes. “Depois de identificar os genes nessas partes do cérebro que sabemos serem cruciais para a regulação da homeostase, usamos ferramentas da bioinformática capazes de fazer um processamento matemático muito complexo para mapear a rede de interação gênica e identificar os genes-chave, também chamados de hub, que são aqueles com um maior número de ligação com outros genes”, contou Muphy. O objetivo, acrescentou o pesquisador, é justamente identificar alvos que poderão ser manipulados nos animais para observar, em seguida, a consequência fisiológica dessa alteração. Antunes ressalta que a parceria internacional está sendo muito importante não apenas porque um grupo complementa o trabalho do outro, mas também porque está possibilitando o treinamento de pós-doutorandos. Murphy concorda: “Tenho um laboratório repleto de brasileiros e há uma troca de habilidades. Nós estamos aprendendo fisiologia integrativa e os pós-doutorandos brasileiros estão estudando não apenas a transcriptômica, mas também a bioinformática, e aprendendo a fazer ferramentas para manipular expressão de genes in vivo. Estabelecer essa capacidade em São Paulo será muito importante”, avaliou. 

Molécula reverte processo que leva à insuficiência cardíaca

Agência FAPESP – Uma molécula desenvolvida por pesquisadores da Universidade Stanford, nos Estados Unidos, e da Universidade de São Paulo (USP) se mostrou capaz de estabilizar e até mesmo reverter o processo degenerativo observado na insuficiência cardíaca. O mal é caracterizado pela incapacidade do coração em bombear sangue adequadamente e leva à morte 70% dos afetados nos primeiros cinco anos. Os resultados dos testes pré-clínicos com a molécula batizada de βIIV5-3 foram divulgados na revista PLoS One. A pesquisa faz parte do pós-doutorado de Julio Cesar Batista Ferreira, com Bolsa da FAPESP. “A insuficiência cardíaca é o resultado final comum de diferentes doenças cardiovasculares, como infarto do miocárdio e hipertensão arterial. Depois que o problema se instala, a sobrevida do paciente costuma ser relativamente curta, mesmo com a ajuda de todos os fármacos do mercado”, disse Ferreira, professor do Instituto de Ciências Biomédicas da USP. Ainda durante o doutorado, realizado na Escola de Educação Física e Esporte da USP sob orientação da professora Patricia Chakur Brum, Ferreira encontrou evidências de que uma proteína chamada PKCβII ("protein kinase C isoform βII") poderia ser a vilã por trás do processo que leva à insuficiência cardíaca. Para testar sua hipótese, decidiu criar uma molécula capaz de inibir a ação dessa proteína nas células do coração. O trabalho foi feito em colaboração com a pesquisadora Daria Mochly-Rosen, da Escola de Medicina de Stanford. “O βIIV5-3 é uma combinação de seis aminoácidos ligados a uma molécula carreadora, capaz de atravessar a membrana celular. Esse princípio ativo inibe a interação da proteína com seu receptor”, disse Ferreira. Para chegar a essa combinação, os cientistas usaram programas de computador capazes de alinhar duas proteínas e apontar semelhanças e diferenças estruturais, completou. “Isso permite escolher regiões específicas de interação entre essas proteínas.” A equipe então testou a molécula em dois modelos animais. No primeiro, um grupo de ratos passou por uma cirurgia para obstruir uma artéria coronária e induzir o infarto. Cerca de um mês depois, os animais apresentaram sinais de insuficiência cardíaca. Metade foi tratada com o βIIV5-3 por seis semanas e a outra metade recebeu placebo. “Após as seis semanas, a função cardíaca havia melhorado cerca de duas vezes nos animais tratados com o βIIV5-3, quando comparada ao grupo controle. Além disso, a mortalidade caiu de 35% para 3%”, contou Ferreira. O segundo experimento foi feito com ratos que apresentavam grande sensibilidade ao sódio. Com seis semanas de vida, os animais foram submetidos a uma dieta rica em sal e, logo em seguida, desenvolveram hipertensão. Quando completaram 11 semanas, já estavam com sinais de insuficiência cardíaca e passaram a receber o tratamento ou o placebo. A função cardíaca dos animais que receberam o βIIV5-3 melhorou duas vezes em relação ao grupo controle e, nesse caso, ficou igual à de ratos sem insuficiência cardíaca. Já a mortalidade caiu de 50% para 0%. “Mesmo após o término do tratamento os animais que receberam o βIIV5-3 apresentaram reduzida mortalidade quando comparados ao grupo placebo”, comemorou o pesquisador.

Validação

Para provar que também em humanos a PKCβII desempenha papel decisivo no agravamento da insuficiência cardíaca, os pesquisadores avaliaram amostras de biópsia cardíacas de portadores desse problema. “A relação foi clara: quanto mais altos eram os níveis de PKCβII, pior era a função cardíaca dos pacientes”, contou Ferreira. Essa etapa da pesquisa teve a participação de Berta Napchan Boer e Max Grinberg, ambos do Instituto do Coração (Incor) da USP. O próximo passo foi entender por que a proteína PKCβII é deletéria ao músculo cardíaco. Para isso, os pesquisadores realizaram uma série de experimentos in vitro com a proteína isolada e com culturas de células cardíacas de ratos. “Descobrimos que a PKCβII desregula o controle de qualidade das proteínas dentro das células cardíacas. Ela se liga ao proteassomo, um complexo intracelular que elimina as proteínas oxidadas, e impede que ele funcione adequadamente”, explicou Ferreira. Para piorar, o coração com insuficiência torna-se um ambiente pró-oxidante, ou seja, no qual está favorecida a produção de radicais livres e outras substâncias tóxicas que danificam as proteínas e outras macromoléculas da célula. “Como há aumento na produção de proteínas oxidadas e o controle de qualidade está desregulado, elas começam a se acumular e a impedir que as células cardíacas contraiam de forma apropriada. Com o tempo, o coração vai deixando de bater adequadamente e as células começam a morrer”, disse Ferreira. Nos experimentos feitos com ratos, a molécula desenvolvida se mostrou capaz de reativar o sistema de controle de qualidade nas células cardíacas. As proteínas oxidadas voltaram a ser eliminadas pelo proteassomo e o processo degenerativo foi interrompido. Antes de testar o candidato a fármaco em seres humanos, os pesquisadores pretendem realizar outra rodada de ensaios pré-clínicos com animais de maior porte, possivelmente porcos. “A molécula já foi bem-sucedida nos testes de toxicidade realizados em animais. Se tudo correr bem, dentro de aproximadamente sete anos saberemos com certeza se ela poderá se tornar um medicamento”, afirmou Ferreira. O artigo Protein Quality Control Disruptionby PKCβII in Heart Failure; Rescue by the Selective PKCβII Inhibitor, βIIV5-3(doi:10.1371/journal.pone.0033175), de Julio Ferreira e outros, pode ser lido