Descoberto o mecanismo pelo qual a mutação genética causadora da doença de Huntington leva ao desenvolvimento dessa condição neurodegenerativa

Por que as pessoas que herdam a doença de Huntington geralmente só começam a apresentar sintomas¹ na idade adulta, entre os 30 e 50 anos? A resposta está em um mecanismo defeituoso de reparo do DNA nos neurônios², que se intensifica até que o número de erros atinja um limite crítico e os neurônios² comecem a morrer.

A doença de Huntington, uma condição neurodegenerativa, decorre de uma mutação³ na sequência do gene HTT, na qual um trio de nucleotídeos, citosina, adenina e guanina (conhecido como CAG), se repete pelo menos 40 vezes, em comprimentos anormais. O HTT codifica a proteína huntingtina, que é abundante no cérebro⁴, mas tem uma função pouco compreendida. Apesar de três décadas de pesquisa desde sua descoberta, o mecanismo que liga as mutações do gene HTT à doença de Huntington permanecia obscuro.

Agora, um novo estudo com células⁵ cerebrais, publicado na revista Cell, revela que a mutação³ hereditária não causa danos imediatos às células⁵. Em vez disso, o trecho de DNA permanece inócuo⁶, mas instável, por décadas, com o número de repetições CAG aumentando lentamente em um tipo específico de célula⁷ cerebral até atingir um ponto crítico, tornando-se altamente tóxico e matando rapidamente a célula⁷. Essas descobertas podem significar a disponibilidade de uma longa janela de tempo para o tratamento.

O trabalho, conduzido em tecido⁸ cerebral humano doado e liderado por cientistas da Harvard Medical School, do Broad Institute of MIT and Harvard, e do McLean Hospital, oferece uma nova maneira de entender a doença de Huntington, bem como outros distúrbios que surgem de números anormais de repetições de DNA, incluindo a síndrome⁹ do X frágil, a distrofia¹⁰ miotônica e mais de 50 outros distúrbios cerebrais humanos.

“É somente quando a repetição se torna extremamente longa que ela começa a causar danos”, disse o co-autor sênior¹¹ Steve McCarroll. “Esta é uma maneira realmente diferente de pensar não apenas sobre como a doença de Huntington se desenvolve, mas também sobre como uma mutação³ causa uma doença. Acreditamos que isso se aplicará a distúrbios de repetição de DNA além da doença de Huntington.”

As descobertas também sugerem caminhos que os pesquisadores podem seguir para retardar ou até mesmo prevenir a doença de Huntington.

Leia sobre "Doença de Huntington", "Doenças nervosas degenerativas¹²" e "Distúrbios dos movimentos".

Por exemplo, os medicamentos candidatos à doença de Huntington que visam reduzir a atividade do gene mutado (ou da proteína que ele codifica) têm tido dificuldades em ensaios clínicos¹³. O novo estudo sugere que, como pouquíssimas células⁵ possuem a versão tóxica do gene e suas proteínas¹⁴ em um determinado momento, os tratamentos podem estar ajudando apenas uma pequena fração das células⁵.

Desenvolver um método que interrompa ou retarde a expansão da repetição CAG no gene HTT pode adiar a toxicidade¹⁵ em um número muito maior de células⁵, retardando ou até mesmo prevenindo o aparecimento da doença, propõem os autores.

“O objetivo do nosso trabalho, o que todos nós fazemos, é aliviar o sofrimento causado pela doença”, disse a co-autora sênior¹¹ Sabina Berretta.

A maioria das pessoas herda versões do gene HTT com 15 a 35 CAGs consecutivos e nunca desenvolve a doença de Huntington, enquanto aqueles que herdam uma versão com 40 ou mais CAGs consecutivos quase sempre desenvolvem a doença mais tarde na vida. Quanto maior o trecho de repetições, mais jovem a pessoa tende a ser quando os sintomas¹ aparecem. O trecho de CAGs repetidos demonstrou ser instável, resultando em uma variedade de comprimentos em diferentes tecidos.

McCarroll, Berretta e colegas desenvolveram uma tecnologia que o Laboratório McCarroll desenvolveu há uma década, chamada sequenciamento de RNA de célula⁷ única em gotículas (Drop-seq), para analisar a expressão gênica, a identidade celular e o comprimento das repetições de CAG em milhares de células⁵ individuais.

“A capacidade de pegar uma célula⁷ específica e medir tanto o comprimento de CAG quanto o perfil transcricional, essa é uma base realmente importante que permite análises realmente poderosas”, disse Seva Kashin, engenheira sênior¹¹ de software do Laboratório McCarroll e co-autora principal.

Ao estudar 500.000 células⁵ individuais em tecido⁸ cerebral doado por 53 pessoas com Huntington e 50 pessoas sem a doença, coletadas e preservadas pelo Harvard Brain Tissue Resource Center, a equipe descobriu que a maioria dos tipos de células⁵ de pessoas com Huntington ainda apresentava essencialmente o mesmo número de repetições CAG que haviam herdado.

No entanto, os neurônios² de projeção estriatal, as principais células⁵ do estriado cerebral que morrem na doença, tinham trechos de repetições CAG bastante expandidos. De fato, o estudo mostrou que alguns dos neurônios² tinham até 800 CAGs, confirmando uma observação de 20 anos atrás.

O estriado é responsável pelo movimento, por muitas funções cognitivas e pela motivação. Quando um grande número de células⁵ estriatais morre, os pacientes desenvolvem movimentos involuntários nos braços, pernas e rosto, e muitos também desenvolvem problemas cognitivos¹⁶. Estes progridem para problemas cognitivos¹⁶ mais graves e dificuldade de movimentação ou deglutição¹⁷.

O mais surpreendente é que a equipe descobriu que a expansão de 40 CAGs para 150 CAGs não teve efeito aparente na saúde¹⁸ dos neurônios², mas neurônios² com mais de 150 CAGs apresentaram expressão gênica bastante distorcida, perdendo a atividade de genes críticos e morrendo em seguida.

A equipe de McCarroll utilizou modelagem computacional dos dados experimentais para estimar a taxa e o tempo de expansão das repetições CAG em neurônios² de projeção estriatal.

Eles descobriram que os trechos de repetições CAG crescem lentamente inicialmente, expandindo-se menos de uma vez por ano durante as duas primeiras décadas de vida. Então, quando o trecho de repetição de uma célula⁷ atinge cerca de 80 CAGs, geralmente após várias décadas, sua taxa de expansão acelera drasticamente, chegando a 150 CAGs em apenas alguns anos. A célula⁷ morre poucos meses depois.

O modelo sugere, portanto, que um neurônio de projeção estriatal passa mais de 95% de sua vida com um gene HTT inócuo⁶. Como as repetições CAG em diferentes células⁵ ultrapassam o limiar de toxicidade¹⁵ em momentos diferentes, as células⁵, como um grupo, desaparecem lentamente ao longo de um longo período, começando cerca de 20 anos antes do aparecimento dos sintomas¹ e mais rapidamente à medida que os sintomas¹ se manifestam.

Além de abrir uma nova janela sobre como as mutações genéticas humanas podem operar, os pesquisadores esperam que seus insights levem a novas estratégias que melhorem ou, em última análise, salvem as vidas de pessoas que herdam mutações no gene HTT.

Veja também sobre "Diferenças entre doenças congênitas¹⁹, genéticas e hereditárias" e "Mutações genéticas".

Confira a seguir o resumo do artigo publicado.

Longa expansão de repetições somáticas de DNA impulsiona a neurodegeneração na doença de Huntington

Destaques

• A repetição CAG causadora da doença de Huntington (DH) expande-se somaticamente em neurônios² vulneráveis à DH.
• Ao longo de décadas, os alelos²⁰ instáveis expandem-se para mais de 10 vezes o seu comprimento inicial.
• A repetição CAG torna-se tóxica após expandir-se além de 150 CAGs.
• A patogênese²¹ da DH é um processo de expansão de repetições de DNA que dura quase toda a vida de um neurônio.

Resumo

Na doença de Huntington (DH), os neurônios² de projeção estriatal (NPEs) degeneram durante a meia-idade; a questão biológica central envolve como a repetição de DNA (CAG)_n causadora da doença no gene da huntingtina (HTT) leva à neurodegeneração após décadas de latência²² biológica.

Desenvolveu-se um método unicelular para medir o comprimento dessa repetição juntamente com a expressão de RNA em todo o genoma. Descobriu-se que a repetição CAG do HTT expande somaticamente de 40 a 45 para 100 a 500+ CAGs nos NPEs.

A expansão somática de 40 para 150 CAGs não apresentou efeito aparente na autonomia celular, mas NPEs com 150 a 500+ CAGs perderam características positivas e, em seguida, negativas da identidade neuronal, desreprimiram genes de senescência/apoptose²³ e foram perdidos.

Esses resultados sugerem que a expansão de repetições somáticas além de 150 CAGs faz com que os neurônios² de projeção estriatal degenerem rápida e assincronamente. Concluiu-se que, na DH, a qualquer momento, a maioria dos neurônios² possui um gene HTT inócuo⁶, porém instável, e que a patogênese²¹ da DH é um processo de DNA que dura quase toda a vida do neurônio.

Fontes:
Cell, Vol. 188, N° 3, em fevereiro de 2025.
Harvard Medical School, notícia publicada em 16 de janeiro de 2025.
Nature, notícia publicada em 17 de março de 2025.