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Síndrome

O primeiro mapa de Down

Equipe de São Carlos começa a relacionar as origens genéticas às diferentes manifestações da síndrome

EDUARDO CESARPedro Fagian, um dos doadores de células para estudo, e um de seus colegas da escola : convivênciaEDUARDO CESAR

Descrita em 1866 pelo médico inglês John Langdon Down (1828-1896), a síndrome foi inicialmente chamada de mongolismo e seu portador de mongolóide, devido aos traços faciais característicos – termos de conotação racista excluídos em 1965 das publicações da Organização Mundial de Saúde. Suas causas só foram desvendadas em 1959 pelo francês Jérôme Lejeune (1926-1994), que identificou uma anomalia chamada trissomia livre: em vez de 46 cromossomos (23 herdados da mãe e 23 do pai), o portador tem 47, porque há um cromossomo extra do par 21. Ou seja, no lugar de dois, o portador tem três cromossomos 21. Nos últimos tempos, um clima de intensa competitividade marca a pesquisa sobre Down. À frente, destacam-se dois craques. Um é o grego Stylianos Antonarakis, da Universidade de Genebra, Suíça, que coordenou o seqüenciamento completo do cromossomo 21. O outro é Xavier Estivill, do Institut de Recerca Oncologica, de Barcelona, Espanha, que em 1995 isolou o primeiro gene suspeito de participar do quadro clínico de Down, resultante da somatória da ação de um conjunto ainda incerto de genes.

Já a equipe de São Carlos, correndo por fora, encontrou seu próprio espaço de reconhecimento na busca dos mecanismos que possam explicar as manifestações da síndrome. O padrão de expressão gênica de um indivíduo com Down já é bem diferente do padrão de um não-portador, mas Silva espera encontrar diferenças relevantes também entre os pacientes da síndrome. Em uma abordagem paralela ao mapa de expressão gênica, Silva coordena o estudo em profundidade das proteínas suspeitas de envolvimento no quadro clínico de Down. Num trabalho desenvolvido com o Centro de Biotecnologia Molecular Estrutural do Instituto de Física da USP em São Carlos, a equipe de Silva analisa atualmente 11 proteínas da Região Crítica da Síndrome de Down – DSCR, da sigla em inglês -, a parte cromossômica considerada suspeita de ser a responsável pela produção das proteínas envolvidas na doença.

O reconhecimento da DSCR surgiu pela constatação de que não é preciso haver um cromossomo 21 inteiro a mais para que a síndrome se manifeste: alguns portadores têm em triplicata apenas um fragmento, geralmente aderido ao cromossomo 21 ou ao 14. Os genes desse fragmento correspondem à região crítica e acredita-se que alguns regulem a atividade de outros genes, provocando a vasta gama de manifestações da síndrome. Para confirmar essa hipótese, procura-se desvendar a função das proteínas da DSCR. Os estudos avançam mais na DSCR-1, a primeira proteína da região crítica, expressa preferencialmente no cérebro, no coração e nos músculos, justamente as áreas mais afetadas na síndrome.

Destinos
Uma pista para confirmar esses mecanismos é a localização da proteína, que define seu papel na célula – as proteínas envolvidas em regulação gênica, por exemplo, ficam no núcleo. Em vista dessa situação, a equipe associou a DSCR-1 a uma proteína verde fluorescente (GFP ou Green Fluorescent Protein) que serve de marcador, inseriu-a em diversos tipos de células e observou: é para o núcleo que a DSCR-1 vai, um indício de seu papel regulador.

Ao estudar a interação da DSCR-1 com outras proteínas, a equipe de São Carlos, em paralelo a grupos do exterior, fez uma descoberta surpreendente: a DSCR-1 diminuiu a ação da enzima calcineurina. Essa enzima é uma fosfatase – retira fosfato de proteínas. Uma dessas proteínas, a NFAT (fator nuclear de células T ativadas), deve perder um fosfato para chegar ao núcleo das células e ativar os genes que acionam a produção das citocinas. Pouco a pouco, as relações se esclarecem. “A calcineurina é a responsável, por exemplo, pela desfosforilação da proteína Tau, que se acumula hiperfosforilada nos pacientes com Alzheimer”, comenta Silva. “Se a DSCR-1 compete com a Tau pela calcineurina, a Tau hiperfosforilada pode se acumular no cérebro dos pacientes, contribuindo para a progressão do Alzheimer.”

Envelhecimento
A evolução precoce do mal de Alzheimer em portadores de Down também é tema do grupo de Marília Cardoso Smith, da Universidade Federal de São Paulo (Unifesp). Ela investiga as relações do Alzheimer com a perda parcial do cromossomo 21, curioso fenômeno que ocorre no processo de envelhecimento precoce dos pacientes. Com o tempo, explica Marília, de 2% a 4% das células dos portadores de Down perdem o cromossomo 21 extra. Mas não se tornam normais: ficam com dois cromossomos 21 do mesmo genitor (pai ou mãe), quando o normal é haver um cromossomo de cada genitor. Supõe-se que esse fenômeno interfira na expressão dos genes e contribua para a degeneração cerebral.

Compreendendo os mecanismos de desenvolvimento da síndrome, os pesquisadores esperam combater suas manifestações e melhorar a qualidade de vida dos portadores. Pretendem também chegar a informações preciosas sobre a estrutura de proteínas acionadas ou bloqueadas, de modo a permitir o desenvolvimento de novos medicamentos. Nesse ponto do jogo os competidores estão do mesmo lado.

Se fosse um time de futebol, o Laboratório de Biologia Molecular da Universidade Federal de São Carlos (UFSCar) seria semelhante ao São Caetano: jovem e modesto, mas bem equipado e eficiente, pronto para surpreender as estrelas da genética. Flávio Henrique da Silva, que coordena os 18 pesquisadores do laboratório, deu a saída na formação de um ambicioso banco de dados genéticos: num trabalho inédito no Brasil, concluiu o mapa de expressão gênica de um portador da síndrome de Down, um dos acidentes genéticos mais comuns, que ocorre em um em cada 700 nascimentos.

O mapa recém-concluído é o primeiro de uma série de outros, já em andamento, cuja meta é compreender as diferentes manifestações desse problema genético por meio da busca de correlações entre o genótipo (o conjunto de genes) e o fenótipo (como eles se expressam fisicamente – na forma de pessoas baixas ou altas, por exemplo). O retardo mental e a fraqueza muscular são sinais comuns a todos os portadores, mas a síndrome freqüentemente causa problemas endócrinos e gastrointestinais, além de deficiências do sistema imunológico. É elevada a incerteza sobre seus desdobramentos: quase metade dos indivíduos atingidos pode apresentar problemas cardíacos, leucemia, numa probabilidade maior que a da população em geral, e precocemente, entre 30 e 40 anos de idade, o mal de Alzheimer, uma doença neuronal marcada pela crescente perda de memória.

O mapa de expressão gênica – ou transcriptoma -, o modo pelo qual se procura entender as origens dos sintomas, é uma interpretação funcional dos genes, uma avaliação da quantidade de RNA (ácido ribonucléico) que a célula usa na síntese de proteínas a partir das seqüências de DNA (ácido desoxirribonucléico, portador do código genético) de cada gene. “Se um indivíduo tiver menos RNA de um gene específico, vai produzir menos proteína”, resume Silva. Como as proteínas codificadas pelos genes regulam o funcionamento de todas as células do organismo, essa associação indica aquelas envolvidas com a síndrome e permite entender mais claramente a evolução do problema.

Esse primeiro mapa consistiu no mapeamento de, até agora, 12 mil genes expressos (ativos) em um tipo de células do sangue, os leucócitos, de um paciente de 29 anos, morador de Passos, no Estado de Minas Gerais, a mesma cidade onde o pesquisador nasceu, e escolhido justamente pela possibilidade de elucidar as relações entre a síndrome e o envelhecimento. Um dos resultados mais notáveis desse estudo, feito por meio da técnica Sage (análise serial da expressão gênica), é a indicação de que ocorre uma diminuição da expressão de pelo menos 15 genes que codificam proteínas conhecidas como citocinas, envolvidas na diferenciação celular e resposta imune, e outras, chamadas fatores de transcrição, que regulam a expressão de outros genes.

Para confirmar que esses genes apresentam uma expressão diferencial em relação a não-portadores da síndrome e, portanto, sinalizam efetivamente diferentes manifestações da doença, Silva trabalha na análise da expressão gênica de outros 20 portadores de Down residentes em São Carlos. Desta vez, são crianças e adolescentes, como Pedro Pinheiro Fagian, um garoto de 13 anos que estuda, como qualquer um de seus colegas, na sétima série da Escola Oca dos Curumins. A amostra poderá ser ampliada ainda mais por meio da colaboração de pesquisadores da Faculdade de Medicina da Universidade de São Paulo (USP) em Ribeirão Preto, de modo que no futuro, separando os pacientes por grupos a partir dos genes mais ou menos expressos, se possa estabelecer uma gama de padrões de expressão gênica. O que se pretende, a partir desses padrões, é entender mais acuradamente os mecanismos responsáveis pela síndrome e chegar a novas estratégias terapêuticas.

Para realizar seus objetivos, a equipe de São Carlos tem de calcular o número de genes expressos numa célula. Não é nada fácil: além de células diferentes expressarem genes diferentes, a expressão também varia conforme a situação em que a célula está. De qualquer modo, os genes detectados podem ser utilizados para comparar o padrão global de expressão gênica entre portadores da síndrome e com indivíduos não-portadores.

Cromossomo triplo
Descrita em 1866 pelo médico inglês John Langdon Down (1828-1896), a síndrome foi inicialmente chamada de mongolismo e seu portador de mongolóide, devido aos traços faciais característicos – termos de conotação racista excluídos em 1965 das publicações da Organização Mundial de Saúde. Suas causas só foram desvendadas em 1959 pelo francês Jérôme Lejeune (1926-1994), que identificou uma anomalia chamada trissomia livre: em vez de 46 cromossomos (23 herdados da mãe e 23 do pai), o portador tem 47, porque há um cromossomo extra do par 21. Ou seja, no lugar de dois, o portador tem três cromossomos 21. Nos últimos tempos, um clima de intensa competitividade marca a pesquisa sobre Down. À frente, destacam-se dois craques. Um é o grego Stylianos Antonarakis, da Universidade de Genebra, Suíça, que coordenou o seqüenciamento completo do cromossomo 21. O outro é Xavier Estivill, do Institut de Recerca Oncologica, de Barcelona, Espanha, que em 1995 isolou o primeiro gene suspeito de participar do quadro clínico de Down, resultante da somatória da ação de um conjunto ainda incerto de genes.
Já a equipe de São Carlos, correndo por fora, encontrou seu próprio espaço de reconhecimento na busca dos mecanismos que possam explicar as manifestações da síndrome. O padrão de expressão gênica de um indivíduo com Down já é bem diferente do padrão de um não-portador, mas Silva espera encontrar diferenças relevantes também entre os pacientes da síndrome. Em uma abordagem paralela ao mapa de expressão gênica, Silva coordena o estudo em profundidade das proteínas suspeitas de envolvimento no quadro clínico de Down. Num trabalho desenvolvido com o Centro de Biotecnologia Molecular Estrutural do Instituto de Física da USP em São Carlos, a equipe de Silva analisa atualmente 11 proteínas da Região Crítica da Síndrome de Down – DSCR, da sigla em inglês -, a parte cromossômica considerada suspeita de ser a responsável pela produção das proteínas envolvidas na doença.

O reconhecimento da DSCR surgiu pela constatação de que não é preciso haver um cromossomo 21 inteiro a mais para que a síndrome se manifeste: alguns portadores têm em triplicata apenas um fragmento, geralmente aderido ao cromossomo 21 ou ao 14. Os genes desse fragmento correspondem à região crítica e acredita-se que alguns regulem a atividade de outros genes, provocando a vasta gama de manifestações da síndrome. Para confirmar essa hipótese, procura-se desvendar a função das proteínas da DSCR. Os estudos avançam mais na DSCR-1, a primeira proteína da região crítica, expressa preferencialmente no cérebro, no coração e nos músculos, justamente as áreas mais afetadas na síndrome.

Destinos
Uma pista para confirmar esses mecanismos é a localização da proteína, que define seu papel na célula – as proteínas envolvidas em regulação gênica, por exemplo, ficam no núcleo. Em vista dessa situação, a equipe associou a DSCR-1 a uma proteína verde fluorescente (GFP ou Green Fluorescent Protein) que serve de marcador, inseriu-a em diversos tipos de células e observou: é para o núcleo que a DSCR-1 vai, um indício de seu papel regulador.

Ao estudar a interação da DSCR-1 com outras proteínas, a equipe de São Carlos, em paralelo a grupos do exterior, fez uma descoberta surpreendente: a DSCR-1 diminuiu a ação da enzima calcineurina. Essa enzima é uma fosfatase – retira fosfato de proteínas. Uma dessas proteínas, a NFAT (fator nuclear de células T ativadas), deve perder um fosfato para chegar ao núcleo das células e ativar os genes que acionam a produção das citocinas. Pouco a pouco, as relações se esclarecem. “A calcineurina é a responsável, por exemplo, pela desfosforilação da proteína Tau, que se acumula hiperfosforilada nos pacientes com Alzheimer”, comenta Silva. “Se a DSCR-1 compete com a Tau pela calcineurina, a Tau hiperfosforilada pode se acumular no cérebro dos pacientes, contribuindo para a progressão do Alzheimer.”

Envelhecimento
A evolução precoce do mal de Alzheimer em portadores de Down também é tema do grupo de Marília Cardoso Smith, da Universidade Federal de São Paulo (Unifesp). Ela investiga as relações do Alzheimer com a perda parcial do cromossomo 21, curioso fenômeno que ocorre no processo de envelhecimento precoce dos pacientes. Com o tempo, explica Marília, de 2% a 4% das células dos portadores de Down perdem o cromossomo 21 extra. Mas não se tornam normais: ficam com dois cromossomos 21 do mesmo genitor (pai ou mãe), quando o normal é haver um cromossomo de cada genitor. Supõe-se que esse fenômeno interfira na expressão dos genes e contribua para a degeneração cerebral.

Compreendendo os mecanismos de desenvolvimento da síndrome, os pesquisadores esperam combater suas manifestações e melhorar a qualidade de vida dos portadores. Pretendem também chegar a informações preciosas sobre a estrutura de proteínas acionadas ou bloqueadas, de modo a permitir o desenvolvimento de novos medicamentos. Nesse ponto do jogo os competidores estão do mesmo lado.

O Projeto
Expressão e Localização Intracelular de DSCR-1 – Uma Proteína Relacionada com a Síndrome de Down (nº 96/11018-0); Modalidade
Programa Jovem Pesquisador; Coordenador Flávio Henrique da Silva – UFSCar; Investimento R$ 261.050,01

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