Nos 25 anos desde que o Prémio Nobel foi atribuído pela descoberta do papel que o óxido nítrico (NO) desempenha no sistema cardiovascular, os investigadores têm corrido para aprender mais sobre como esta misteriosa molécula sinalizadora funciona para reparar os vasos sanguíneos danificados por um ataque cardíaco. acidente vascular cerebral ou outro evento cardiovascular. Pesquisadores da Escola de Medicina da Universidade de Maryland (UMSOM) e seus colegas da Universidade Wake Forest (WFU) anunciaram hoje uma importante peça que faltava no quebra-cabeça.

O seu novo estudo publicado na Nature Chemical Biology descobriu que o heme, um composto que contém ferro abundante na circulação e nas nossas células, liga-se ao NO e transporta-o pelo sistema vascular. Isso permite que o NO regule o fluxo sanguíneo, a pressão arterial , a formação de coágulos sanguíneos e provavelmente outros processos de sinalização envolvidos na cura de vasos sanguíneos danificados .

Embora os papéis de sinalização do NO tenham sido estudados extensivamente nas últimas três décadas, os investigadores ainda não compreenderam como esta molécula de vida curta viaja do sangue para alvos de sinalização na parede dos vasos sanguíneos.

Para resolver esta lacuna, a equipe liderada por pesquisadores da UMSOM e da WFU caracterizou a formação de um intermediário estável do NO chamado NO-ferroheme. A equipe demonstrou em estudos com animais que, após a injeção, o NO-ferroheme é transportado no sangue, muitas vezes ligado à albumina, e viaja até os vasos sanguíneos, causando sua dilatação, diminuindo a pressão arterial.

“Sabemos que o óxido nítrico – com a sua meia-vida extremamente curta de menos de um segundo no sangue – deve ter uma forma de se mover através da corrente sanguínea e entrar nos vasos sanguíneos através de um mecanismo estável”, disse o principal autor do estudo, Anthony DeMartino, Ph. D., Professor Assistente de Medicina na UMSOM.

"Trabalhamos a química e a cinética de como o NO-ferroheme é gerado fisiologicamente no tubo de ensaio e depois demonstramos como funciona em um modelo animal, o que fornece fortes evidências de nossa hipótese."

Para conduzir os seus estudos, a equipa de investigação decidiu investigar o heme, mais conhecido pelo seu papel no fornecimento de oxigénio (via hemoglobina) no sangue, mas também um alvo de sinalização comum para o NO. Eles misturaram heme férrico (uma forma oxidada do composto que pode causar danos celulares) com NO e o antioxidante glutationa (encontrado em níveis elevados na maioria das células) para ver como eles reagiriam em laboratório.

Eles descobriram que na presença de glutationa, o NO reage rapidamente ligando-se rapidamente ao heme, formando um composto heme reduzido e estável chamado NO-ferroheme. A equipe decidiu então testar os efeitos deste composto em duas propriedades marcantes do NO: como vasodilatador e como regulador da agregação de plaquetas sanguíneas (que causa a formação de coágulos sanguíneos).

Quando os ratos receberam infusão de NO-ferroheme, o composto teve efeitos vasodilatadores, aumentando o fluxo sanguíneo nas artérias e reduzindo a pressão arterial. Além disso, o NO-ferroheme inibiu a agregação plaquetária em amostras de plaquetas sanguíneas humanas.

"Meu laboratório trabalhou por mais de duas décadas tentando entender como o NO pode se difundir no sangue e nas células sem ser destruído por reações com outros radicais e proteínas ligadas ao heme, como hemoglobina e mioglobina", disse o líder do estudo e autor correspondente, Mark T. Gladwin. , MD, reitor da UMSOM e vice-presidente de assuntos médicos da Universidade de Maryland, Baltimore, e professor ilustre John Z. e Akiko K. Bowers.

"A estabilização do NO pela formação de NO-ferroheme permite que ele se difunda através de distâncias, quase como um disco voador químico, para se ligar diretamente e ativar enzimas alvo que controlam o fluxo sanguíneo."

“O NO-ferroheme também pode se ligar à albumina, que é a proteína mais abundante em nosso sangue. Nossa hipótese é que o NO-ferroheme-albumina pode ser desenvolvido como um medicamento para atingir diferentes estados de doença onde o NO está prejudicado, como hipertensão pulmonar, diabetes e obesidade."

Gladwin e seu colaborador de longa data e co-autor sênior Dany Kim-Shapiro, Ph.D., professor e presidente do Departamento de Física da WFU, trabalharam juntos por mais de duas décadas para entender como o NO é transportado no sangue vermelho células e regula o fluxo sanguíneo.

"Uma das coisas mais surpreendentes que surgiram em nosso estudo foi o papel da glutationa; tanto na nova química na formação do NO ferroheme quanto em seus efeitos in vivo", disse o Dr. Kim-Shapiro. “Ainda temos muito trabalho a fazer para entender isso completamente.”

Existem muitas facetas complicadas do NO que os pesquisadores ainda precisam desvendar. Eles sabem que possui características de Jekyll e Hyde com efeitos benéficos na vasculatura para melhorar o fluxo sanguíneo para artérias e tecidos, bem como na defesa imunológica, onde o NO é usado pelos macrófagos para matar bactérias invasoras. Ao mesmo tempo, o NO é venenoso em altas doses e pode ser utilizado pelas células cancerígenas para aumentar o fluxo sanguíneo, fazendo com que os tumores cresçam rapidamente ou para ajudar a espalhar as células cancerígenas.

Descobrir o NO-ferroheme como um "intermediário" biológico representa um passo importante para a compreensão dos mecanismos de sinalização diferenciados do NO, tanto em condições saudáveis quanto em uma miríade de estados de doença.

A seguir, a equipe de pesquisa deseja explorar o mecanismo de como o NO-ferroheme é importado para as células vasculares, necessário para desencadear a sinalização observada.

Eles também querem investigar mais a fundo o uso do NO-ferroheme como potencial terapêutico. Uma necessidade urgente é de novas terapêuticas para tratar danos aos vasos sanguíneos chamados lesões de isquemia-reperfusão. Estas lesões – desencadeadas pela perda de oxigénio nas artérias após, por exemplo, um acidente vascular cerebral ou uma paragem cardíaca – conduzem frequentemente a danos permanentes nos tecidos. Ter um medicamento seguro para restaurar rapidamente o fluxo sanguíneo para os tecidos afectados poderia potencialmente ajudar a mitigar os efeitos devastadores destes eventos cardiovasculares.

Qinzi Xu, MD, professor assistente de medicina na UMSOM, e Jason Rose, MD, MBA, professor associado de medicina e reitor associado de inovação e desenvolvimento científico médico da UMSOM, foram coautores deste estudo.