Mulheres, ciência, metabolismo celular e a ligação entre a doença de Alzheimer e a diabetes

O periódico Cell Metabolism é uma revista científica de prestígio do grupo Cell e está comemorando 10 anos de existência! Assim, resolveu homenagear 10 capas que ilustrassem os melhores trabalhos que foram publicados na capa da revista ao longo de sua existência. Um desses trabalhos foi de autoria de um grupo do IBqM liderado pela Profa. Fernanda De Felice. A professora foi homenageada pela revista pela publicação do trabalho intitulado "TNF-alfa Mediates PKR-Dependent Memory Impairment and Brain IRS-1 Inhibition Induced by Alzheimer’s beta-Amyloid Oligomers in Mice and Monkeys" publicado em 3 de Dezembro de 2013. Nesse trabalho, os 23 pesquisadores liderados por Fernanda sugerem que a molécula conhecida como TNF-α medeia a produção de oligômeros da proteína beta-amilóide através da ativação da proteína PKR e eIF2α-P e que há uma relação entre a Doença de Alzheimer (DA) e a diabetes.

Além de uma pesquisadora brilhante, Fernanda é mãe de três filhas e uma cientista empolgada! Em seu perfil descrito para esse especial de 10 anos, ela dá 5 dicas importantes para os jovens cientistas:
(i) manter-se focado em seu tema de estudo;
(ii) trabalhar com pessoas que confiamos e que sejam entusiasmadas;
(iii) encontrar pessoas inspiradoras e admiráveis para tentar fazer ciência tão forte e bela quanto elas;
(iv)  interagir com pessoas de especialidades diferentes e aprender com elas;
(v) ser uma pessoa apaixonada e criativa!

Nesta oportunidade aproveitamos para homenagear também nossa querida professora e divulgar seu trabalho para o público do portal BIOQMED.

PORTAL BIOQMED. Bom dia, professora Fernanda. Gostaríamos de parabenizá-la pela homenagem e conhecer mais sobre o seu trabalho! Como você faz para balancear a vida de mãe de três filhas com uma carreira acadêmica brilhante?

DRA. FERNANDA DE FELICE. Primeiramente muito obrigada. É um prazer conversar com uma jovem como você, que além de ser aluna de Iniciação Científica no laboratório do prof. Francisco ainda se dedica a deixar nosso Portal atual e interessante! Já é uma jovem grande mulher... Então, eu procuro seguir aqueles cinco passos. É preciso ter foco, definir um deadline e se virar para cumprir seu deadlines. A gente tem de dar conta das coisas, as vezes ficamos sem dormir alguns dias. Eu sempre consegui balancear bem o convívio com as minhas filhas: tenho duas grandes (22 e 20 anos) e uma mais novinha, Chiara, minha lindinha de seis anos. As maiores nunca reclamaram que sentiam minha falta. Eu sempre tentei estar presente nas coisas mais importantes. É claro que eu não podia estar com elas o dia inteiro, mas se tinha um campeonato de futebol, eu ia; um evento dos pais, eu ia; fora aquelas coisas que as crianças gostam: sempre consegui fazer! Mas sempre colocava elas ao meu lado, trabalhava com elas ao lado e elas pegavam algum livrinho. A pequena também: fica lendo ou brincando do meu lado enquanto eu trabalho. No final de semana, sempre tenho de trabalhar,  e trabalho com ela do meu lado. Depois, tiro um tempo para passar com elas, sempre. Todo final de semana eu trabalho, não tem como ser diferente nessa nossa profissão.

Aos 20 anos é quando a gente tem mais tempo na vida, foi o período que achei mais fácil! A graduação de biologia foi fácil, não tive dificuldade e tive professores maravilhosos! Eu estava indo para o quinto período quando a Amanda, minha primeira filha, nasceu. Isso foi em Dezembro, tinha tido uma greve e tinham umas
provas que estavam pra cair perto do nascimento dela e eles anteciparam, tive apoio dos professores. Foi a época que tive mais tempo: tempo para estudar, para fazer o estágio, pra ficar com minhas filhas, a Amanda e a Bruna que chegou logo depois. É o que falo para os meus alunos: essa é a melhor época da vida! Você trabalha em ciência sem grande peso nas costas. No doutorado é bem mais difícil, porque você já se preocupa com o fato de precisar de um emprego imediatamente ao final da defesa. As bolsas de pós-doc são bem difíceis de conseguir e você fica em um dilema. Você está trabalhando há 6 anos e não tem um emprego. Está se formando e adquirindo conhecimento mas ainda não tem um emprego. Sua bolsa vai acabar e não há garantias ainda do que vai acontecercom você, sequer se conseguirá uma bolsa de pós-doc que é muito difícil aqui no Brasil. É um período bem estressante, até você conseguir sua posição como profissional. No início, a iniciação científica e o mestrado eu levei de maneira muito fácil, mas não tinha uma vida social. Eu perdi um lado da minha vida já que as minhas amigas iam pra festas e eu ia pra casa cuidar das minhas filhinhas. Mas eu sempre fui feliz, não senti falta, sempre fui muito feliz com as minhas meninas! Infelizmente não dá para fazer tudo, você tem que abrir mão de algumas coisas. Faz parte.

PORTAL BIOQMED. Com relação ao seu trabalho que foi capa da Cell Metabolism em 2013, gostaríamos de esclarecer umas questões. Parece que uma das principais lesões que ocorrem no cérebro com DA é a produção anormal e acúmulo protéico dos oligômeros de b-amilóide (ABOs). Qual o papel desses oligômeros? Já é bem conhecido por que eles se formam e como eles atuam para a patogênese da doença?

DRA. FERNANDA DE FELICE. Como os oligômeros atuam vem sendo objeto intenso de pesquisa e os cientistas vêm mostrando evidências que eles têm um papel muito importante para induzir a disfunção sináptica e por consequência, perda de memória na DA. Eles foram encontrados mesmo no cérebro de pacientes e estão acumulados e associados com o declínio cognitivo. Diversos estudos mostram que eles são capazes de induzir uma série de características deletérias nos neurônios. Acredita-se que vão causando progressivamente uma disfunção da célula e depois, um impacto persistente que leva à morte.

Em um último estágio acontece a neurodegeneração, que é característica da DA, ocasionada pela morte neuronal. O porquê deles se acumularem em cérebros de pacientes ainda não é conhecido: é uma grande pergunta da ciência! Você produz esse pequeno fragmento da proteína, o peptídeo beta-amilóide, e ele forma esses oligômeros que são agregados pequenininhos. Eu possuo o peptídeo beta-amilóide, sua mãe produz, minha tia produz. Agora, em algumas situações, acontece o envelhecimento patológico do cérebro e não se sabe por que os níveis do peptídeo aumentam e os oligômeros se acumulam. Estima-se que logo após o acúmulo começa a ter um declínio cognitivo e depois a doença se instala. O que se acredita é que exista um desbalanço importante, então o indivíduo aumenta a produção deles e diminui a forma de se livrar deles no cérebro. Existem enzimas que degradam esses peptídeos e alguns pesquisadores propõem que elas estejam menos ativas ou deficientes nos doentes. Mas o porquê isso está acontecendo no cérebro ainda não se sabe.

PORTAL BIOQMED. Qual a relação entre (i) cérebros com Doença de Alzheimer, a (ii) sinalização deficiente da insulina em neurônios e a (iii) resistência periférica a insulina em diabetes? Segundo seu artigo, há evidências de que a sinalização deficiente de insulina que é característica da Diabetes tipo 2 está também presente em Doença de Alzheimer. Uma doença pode aumentar o risco de desenvolver a outra? Por que?

DRA FERNANDA DE FELICE. Essa é uma pergunta difícil de explicar rapidamente. A primeira correlação entre a sinalização deficiente de insulina em neurônio e a DA  apareceu quando os pesquisadores foram olhar componentes da via de sinalização de insulina. Alguns trabalhos, sendo que o mais completo é de 2012, mostraram que há vários componentes dessa via que estão prejudicados na doença. Por isso, se diz que há uma inibição na sinalização de insulina na DA.

Afinal de contas, por que a gente tem que se preocupar com a sinalização de insulina no cérebro? Na periferia, a gente sabe que a insulina - e isso é um conceito bem geral - é importante para que as células possam obter glicose. No cérebro, ela parece que não tem essa função. Nos neurônios, vários trabalhos bem recentes vêm mostrando que a sinalização por insulina é importante para fortalecer mecanismos de sobrevivência do neurônio e importante para a plasticidade sináptica, que é o mecanismo que vai levar a formação das memórias. Portanto, a insulina é importante para a formação das memórias no cérebro. A DA é uma doença de perda de memória, então pode ser a conexão.

O que nosso trabalho também está mostrando é que os mesmos mecanismos que levam à resistência periférica a insulina também estão acontecendo nos neurônios. Isso então leva à proposição de alguns pesquisadores que falam que a DA está funcionando como uma forma de Diabetes cerebral, porque os mesmos mecanismos moleculares que atuam levando a resistência à insulina periférica muito similarmente estão levando a inibição da sinalização de insulina no cérebro.

Nesse trabalho, O Mychael Loureço, aluno de doutorado do IBQM, mostrou que é a via da TNF-alfa, que é uma via inflamatória que também está presente no Diabetes, está afetando os neurônios e levando aos problemas de memória. Justamente os AOBs (oligômeros beta-amilóides) estão ativando essa via inflamatória do TNF-a (que está ativando a PKR, que é uma enzima e que ativa a eIF2-a, que fica fosforilada) e levando à perda de memória. E quando se estimula a sinalização de insulina nos neurônios, a insulina consegue prevenir esse impacto que é induzido pelo AOBs que estaria apagando as memórias. E sim, uma doença pode levar ao aumento do risco de desenvolver a outra. Existem vários artigos epidemiológicos -- e outros mais recente saindo --, que estão reforçando essa associação clinica e epidemiológica entre as duas doenças. Pacientes com Diabetes têm o risco aumentado de ter DA e pacientes com DA têm o risco aumentados de ter diabetes: é uma via de mão dupla!

A sinalização de insulina pode ser um mecanismo neuroprotetor endógeno importante no nosso organismo e quando começamos ter uma deficiência de sinalização de insulina no cérebro, a ação deletéria dos oligômeros pode ser favorecida. Esta é uma proposição que fazemos.

PORTAL BIOQMED. Um mecanismo desencadeado pela via da citocina TNF-alfa levou ao deficit de memória em camundongos. Como esse mecanismo funciona? Os níveis de TNF-alfa aumentam com a presença de oligômeros beta-amilóide? Como a via da citocina TNF-alfa é ativada? Há uma hipótese molecular que possa reverter o quadro deletério da DA, inibindo o mecanismo desencadeado pelo TNF-alfa?

DRA. FERNANDA DE FELICE. Justamente o que demonstramos é que o aumento dos níveis de TNF-a estão ativando essas quinases de estresse celular e isso está associado à perda de memória nos camundongos. Quando conseguimos bloquear essa via do TNF-a -- por exemplo, quando usamos um animal que não tem receptores para O TNF-a, e adicionamos oligômeros no cérebro dele --, não ocorre a perda de memória. Isso aponta para esse mecanismo como importante para induzir a perda de memória. Quando investigamos o hipocampo desses animais, que é uma região importante para memória, vemos que os animais que não tem receptor para TNF-a têm níveis diminuídos das proteínas de estresse, como a PKR. Fomos desvendando essa via e, se ela é bloqueada, conseguimos por outro lado melhorar todo o processo. Ou seja, a via do TNF-a é importante pra levar a perda de memória através dessas proteínas sinápticas.

E sim, os níveis de TNF-a aumentam na presença desses oligômeros. Fizemos vários experimentos, em culturas de células, no cérebro de animais que receberam injeções de oligômeros, e vimos que os níveis aumentam. A via é aumentada por níveis elevados da citocina. Essa citocina pró inflamatória TNF-a possivelmente é liberada por uma outra célula do cérebro chamada micróglia, que acredita-se ser a maior produtora dessa molécula no cérebro. O que a gente tem estudado e demonstrado, é que os oligômeros ativam a micróglia, que é nossa célula de resposta imune do cérebro (equivalente ao macrófago na periferia). Ou seja, quando essas células percebem que há o acúmulo desses ABOS, que é uma coisa anormal no corpo, essas micróglias são ativadas e vão tentar fagocitar os AOBs, talvez pra tentar liberar o acúmulo deles. O problema é que, com acúmulo de AOBs, quando elas tentam e não conseguem dar conta, ficam desreguladas e acabam liberando essas citocinas em níveis aumentados. Isso só acontece em doenças, em situações patológicas. Por exemplo, quando você tem um acúmulo de gordura no tecido adiposo, você estimula o macrófago e ele produz mais TNF-a, mesmo mecanismo que também está mostrado na periferia. Então o acúmulo dos oligômeros estimulam a micróglia e ela libera mais TNF-a. Na verdade, é uma conversa que está acontecendo no cérebro: o oligômeros se acumulam, ativam a micróglia e ela produz TNF-a que vai agir no receptor do TNF-a que está no neurônio. Assim, esse mecanismo ativa a PKR e a eIF2-a (que está no neurônio) levando à disfunção neuronal, à perda de sinapses e de memória. Essa é a via que está mostrada na capa da revista, que foi criada por Marcelo Vieira, um pós-doc experiente e criativo de nosso grupo.

Vários estudos propõe que essa via do TNF-a (ativação inflamatória) é um processo muito importante na DA e alguns estudos já chegaram a propor o uso de anti-inflamatórios para o sistema nervoso central. Entretanto existe um problema em usar anti-inflamatórios já que eles podem ter uma função mais geral e indesejável no organismo. O ideal, na verdade, é tentar achar um mecanismo mais pontual. Por isso é importante tentar delinear a via e ir no ponto mais fundo possível sem mexer com todo o resto que acontece dentro da célula.

PORTAL BIOQMED. É verdade que o tratamento com insulina e/ou GLP-1 na DA e diabetes tipo 2 podem exercer ações neuroprotetoras?

DRA. FERNANDA DE FELICE. Sim, então, eles já estão sendo testados em pacientes com DA. Essas duas abordagens são utilizadas: tanto a ativação dos receptores de GLP-1, que são compostos anti-diabéticos, quanto (ii) o uso da própria insulina. Só que no caso do GLP-1, o efeito no cérebro pode ser atingido administrando agonistas do receptor perifericamente, já que ele consegue passar pela barreira hematoencefálica. Porém a insulina não passa a barreira, então a forma de administração dela tem que ser intranasal e é isso que alguns pesquisadores vem fazendo. Alguns resultados dessa aplicação foram publicados agora no inicio de 2015 e tiveram resultados positivos ao evitar o declínio cognitivo em pacientes com a DA.

É importante ressaltar que a DA, quando você detecta os primeiros sinais, acredita-se que na verdade vários processos deletérios já aconteceram. Já ocorreu o acúmulo dos oligômeros, assim como os danos associados. Tudo isso acontece antes do primeiro sinal de declínio cognitivo do paciente. Então, esse é o grande desafio da doença, o ideal é tentar tratar antes que a doença se instale já que o neurônio é uma célula que não ressuscita e não se regenera. E depois de determinado ponto, acreditamos que se a disfunção é muito severa torna-se impossível reverter o processo. Os métodos de diagnóstico que existem até hoje não permitem detectar a doença antes do primeiro sintoma clínico. Tudo que se faz na verdade é um tratamento para tentar prevenir o declínio que vai acontecendo. A pessoa não vai ser curada, mas esse é o máximo que conseguirmos. Então essa não vai ser uma droga milagrosa, mas pode prevenir ao máximo esse declínio cognitivo depois da manifestação da doença.

PORTAL BIOQMED. Como essa proteína quinase dependente RNA de fita dupla (PKR) leva a resistência a insulina? Qual seu papel no processo cognitivo e seu impacto nas sinapses?

DRA. FERNANDA DE FELICE. A PKR inibe uma molécula chave chamada IRS-1 e essa é a relação da PKR com a via de sinalização da insulina. De modo importante, ela ativa essa molécula eIF2-a, que só fica fosforilada quando a PKR está também fosforilada e ativa. E a eIF2-a fosforilada está associada com diversos problemas de memória, não só em DA. Na periferia, a presença dessa molécula está associada a resistência a insulina de modo clássico e na DA, estamos vendo que os oligômeros estão induzindo essa via que está claramente associada com a perda de memória.

Portanto, o papel da PKR é justamente fosforilar a eIF2-a, que é uma molécula central para as sinapses. Sempre que vemos a ativação dessas quinases no cérebro de animais, eles têm níveis de proteínas sinápticos diminuídos . Quando previne a fosforilação deles, observamos os níveis aumentados. Então, conseguimos também neste trabalho ativar a eIF2-a com outro composto, que sabidamente também causa a fosforilação dela, e a gente vê com salubrinal, e esses animais tem o mesmo quadro de perda de memória e perda de proteínas sinápticas. Então é uma via bem crucial no neurônio.

PORTAL BIOQMED. Como um gene tão importante como o fator de iniciação da tradução (elF2a) pode estar ligado a diminuição de memória em DA?

DRA. FERNANDA DE FELICE. Uma das nossas hipóteses, que estamos estudando em laboratório, é que ele é um inibidor da tradução de proteínas. Ou seja, quando ele está ativo inibe a síntese de proteínas. Na verdade, a via de ativação dessa PKR e da eIF2-a é chamada de ativação do estresse do retículo endoplasmático. Existem várias vias que podem ser ativadas dentro do retículo e essa é uma delas: ela é ativada quando você tem um acúmulo de proteínas desenoveladas dentro do retículo. Esse é um mecanismo de proteção da célula, onde a ativação da via quer dizer "não podemos mais ter proteínas mal enoveladas aqui!’’, então ele inibe a síntese de mais proteínas e previne a produção de novas proteínas. É um mecanismo de defesa! Só que a ativação persistente dessa via parece inibir a memória e estar relacionada ao mecanismo de morte neuronal. Inibir a síntese de proteínas pode estar sendo bom ali localmente, mas Já sabemos que para que a memória se forme o neurônio precisa da síntese de proteínas. Então por um lado você compensa um problema, mas por outro está levando a outro...

PORTAL BIOQMED. Quais as perspectivas que você vê para a aplicação desses conhecimentos em pacientes com DA? Como levar esse conhecimento adquirido para as clínicas de tratamento?

DRA. FERNANDA DE FELICE. Particularmente acredito que estimular a sinalização de insulina com insulina ou com ativadores de receptores de GLP-1 é uma estratégia bem importante, porque vai ativar diversas vias de neuroproteção no cérebro. Mas tenho a ressalva de que todos sabem na verdade, mas não gostam de falar: ao detectar o declínio cognitivo, um monte de problemas já aconteceram no cérebro, então é muito difícil resolver. O ideal é prevenir. O que acho mais importante é que devem andar juntas as pesquisas que estão levando a identificação de novas moléculas neuroprotetoras na DA e os métodos mais precoces de diagnósticos da doença. Só assim vamos conseguir combater a DA de modo mais efetivo!

Nosso grupo já vem aproximando nossas pesquisas básicas às pesquisas clinicas, através de uma interação com médicos pesquisadores. Sou atualmente pesquisadora do Instituto D’Or de pesquisa, que estabeleceu diversas metas No estudo da Doença de Alzheimer. Uma delas foi estudar pacientes com declínio cognitivo e com DA. Eles estão coletando líquor, que é um liquido que percorre o cérebro todo, e sangue de pacientes. Estamos analisando essas amostras para tentar identificar biomarcadores para doença nesses pacientes. Acho essa abordagem importantíssima: não dá para estudar uma doença humana sem fazer uma interação com a pesquisa clínica. Colaboramos também com outros grupos para observar no cérebro de pacientes, se o que estamos observando nos nossos camundongos têm relevância para a etiologia da doença. Aqui no Brasil eu ainda não tive sucesso em colaborar com grupos que fornecesse cérebros, mas fora do Brasil temos alguns colaboradores.

PORTAL BIOQMED: E, finalmente, você ainda vai ter disposição para tentar encarar um filhinho homem?

DRA. FERNANDA DE FELICE. A última pergunta é a mais fácil! No way! Eu não vou ter mais filhos! Nem menino, nem menina. De nenhum jeito, mas também, eu não preciso porque o meu laboratório é muito produtivo nesse quesito, eu tenho muita gente aqui grávida ou que teve filho há pouco tempo. É um laboratório bem produtivo, tivemos o nascimento de 4 bebês recentemente. Os meus alunos estão suprindo essa necessidade. Letícia, uma pós-doc que oriento desde a IC está grávida de sua primeira filhinha. E essa semana descobri que tenho uma IC que está grávida! E todos os bebês são muito bem vindos! As meninas mais novas no lab me perguntam ‘’Você vai continuar comigo?’’ e eu falo ‘’Eu não posso virar as costas para você nesse momento, eu não tenho esse direito’’, porque eu tive a oportunidade de ficar quando estive grávida. Perguntei para o prof. Sérgio Ferreira, que era meu orientador de IC e que é professor do IBQM e ele até brincou que não era ele que estava grávido, então... tudo bem. Depois, no início do mestrado engravidei da minha segunda filha e tive o apoio do prof. Sérgio. Eu sempre falo para as minhas alunas: eu dei conta, agora é a sua vez! Primeiro você tem que querer! Se você gosta e se apaixonou pela ciência, tem certeza que é isso que quer fazer, faça direito e bem feito! Se já se apaixonou, viu que não tem jeito, que não vai  ter outra solução pra sua vida, então cai dentro!

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Recomendamos fortemente a leitura do artigo “TNF-alfa Mediates PKR-Dependent Memory Impairment and Brain IRS-1 Inhibition Induced by Alzheimer’s beta-Amyloid Oligomers in Mice and Monkeys” no site do periódico através do endereço eletrônico: http://www.cell.com/cell-metabolism/abstract/S1550-4131%2813%2900450-6

Formato para citação:
* Lourenco MV, Clarke JR, Frozza RL, Bomfim TR, Forny-Germano L, Batista AF, Sathler LB, Brito-Moreira J, Amaral OB, Silva CA, Freitas-Correa L, Espírito-Santo S, Campello-Costa P, Houzel JC, Klein WL, Holscher C, Carvalheira JB, Silva AM, Velloso LA, Munoz DP, Ferreira ST, De Felice FG. TNF-α mediates PKR-dependent memory impairment and brain IRS-1 inhibition induced by Alzheimer's β-amyloid oligomers in mice and monkeys. Cell Metab. 2013 Dec 3;18(6):831-43. doi: 10.1016/j.cmet.2013.11.002. PubMed PMID: 24315369.

Por Larissa Haerolde e Francisco Prosdocimi para o portal BIOQMED.