Uma mutação genética rara, mas potente, que altera uma proteína nas células imunológicas do cérebro, conhecida como microglia, pode dar às pessoas um risco até três vezes maior de desenvolver a doença de Alzheimer. Um novo estudo realizado por pesquisadores do Instituto Picower de Aprendizagem e Memória do MIT detalha como a mutação prejudica a função da microglia, explicando como parece gerar esse risco maior.

“Esta mutação TREM2 R47H/+ é um fator de risco muito importante para a doença de Alzheimer”, diz o principal autor do estudo, Jay Penney, ex-pós-doutorado no laboratório do MIT do professor  Li-Huei Tsai, do Picower . Penney é agora professor assistente na Universidade da Ilha do Príncipe Eduardo. “Este estudo acrescenta evidências claras de que a disfunção da microglia contribui para o risco da doença de Alzheimer.”

No estudo publicado na revista  GLIA , a equipe de Tsai e Penney mostra que a microglia humana com a mutação R47H/+ na proteína TREM2 apresenta vários déficits relacionados à patologia de Alzheimer. A microglia mutante é propensa à inflamação, mas responde pior a lesões neuronais e é menos capaz de eliminar detritos nocivos, incluindo a proteína beta amiloide, característica da doença de Alzheimer. E quando os cientistas transferiram a microglia humana mutante TREM2 para os cérebros dos ratos, os ratos sofreram um declínio significativo no número de sinapses, ou ligações entre os seus neurónios, o que pode prejudicar os circuitos que permitem funções cerebrais como a memória.

O estudo não é o primeiro a perguntar como a mutação TREM2 R47H/+ contribui para a doença de Alzheimer, mas pode avançar na compreensão emergente dos cientistas, diz Penney. Os primeiros estudos sugeriram que a mutação simplesmente roubou a função da proteína, mas as novas evidências pintam um quadro mais profundo e matizado. Embora a microglia exiba redução na eliminação de detritos e na resposta a lesões, elas se tornam hiperativas de outras maneiras, como inflamação excessiva e poda de sinapses.

“Há uma perda parcial de função, mas também um ganho de função para certas coisas”, diz Penney.

Em vez de confiar em modelos de camundongos com a mutação TREM2 R47H/+, Penney, Tsai e seus coautores concentraram seu trabalho em culturas de células da microglia humana. Para fazer isso, eles usaram uma linhagem de células-tronco derivada de células da pele doadas por uma mulher saudável de 75 anos. Em algumas das células-tronco, eles usaram a edição do gene CRISPR para inserir a mutação R47H/+ e depois cultivaram células-tronco editadas e não editadas para se tornarem microglia. Esta estratégia deu-lhes um fornecimento de microglia mutada e microglia saudável, para atuarem como controlos experimentais, que de outra forma eram geneticamente idênticos.

A equipe então procurou ver como abrigar a mutação afetava a expressão de seus genes em cada linhagem celular. Os cientistas mediram mais de 1.000 diferenças, mas uma descoberta especialmente notável foi que a microglia com a mutação aumentou a expressão de genes associados à inflamação e às respostas imunitárias. Então, quando expuseram a microglia em cultura a produtos químicos que simulam a infecção, a microglia mutante demonstrou uma resposta significativamente mais pronunciada do que a microglia normal, sugerindo que a mutação torna a microglia muito mais propensa à inflamação.

Em outros experimentos com as células, a equipe as expôs a três tipos de detritos que a micróglia normalmente elimina no cérebro: mielina, proteínas sinápticas e beta amiloide. A microglia mutante foi eliminada menos que as saudáveis.

Outra função da microglia é responder quando células, como os neurônios, são lesionadas. A equipe de Penney e Tsai cocultivou micróglia e neurônios e depois atingiu os neurônios com um laser. Durante os 90 minutos seguintes após a lesão, a equipe acompanhou o movimento da microglia circundante. Em comparação com a microglia normal, aqueles com a mutação revelaram-se menos propensos a dirigir-se para a célula lesionada.

Finalmente, para testar como a microglia mutante atua em um cérebro vivo, os cientistas transplantaram microglia mutante ou de controle saudável em camundongos em uma região do cérebro focada na memória chamada hipocampo. Os cientistas então mancharam essa região para destacar várias proteínas de interesse. Ter microglia humana mutante ou normal não importava para algumas medidas, mas as proteínas associadas às sinapses foram bastante reduzidas em camundongos onde a microglia mutada foi implantada.

Ao combinar as evidências das medições de expressão genética e as evidências dos experimentos sobre a função da micróglia, os pesquisadores foram capazes de formular novas ideias sobre o que impulsiona pelo menos parte do mau comportamento da micróglia. Por exemplo, a equipe de Penney e Tsai notou um declínio na expressão de uma proteína receptora “purinérgica” envolvendo a detecção de lesão neuronal, talvez explicando por que a micróglia mutante teve dificuldades com essa tarefa. Eles também notaram que os camundongos com a mutação superexpressavam proteínas do “complemento” usadas para marcar sinapses para remoção. Isso pode explicar por que a microglia mutante era excessivamente zelosa em limpar as sinapses nos camundongos, diz Penney, embora o aumento da inflamação também possa causar isso, prejudicando os neurônios em geral.

À medida que os mecanismos moleculares subjacentes à disfunção microglial se tornam mais claros, diz Penney, os desenvolvedores de medicamentos obterão insights críticos sobre maneiras de combater o maior risco de doença associado à mutação TREM2 R47H/+.

“Nossas descobertas destacam múltiplos efeitos da mutação TREM2 R47H/+ que provavelmente estão subjacentes à sua associação com o risco da doença de Alzheimer e sugerem novos nós que poderiam ser explorados para intervenção terapêutica”, concluem os autores.

Além de Penney e Tsai, os outros autores do artigo são William Ralvenius, Anjanet Loon, Oyku Cerit, Vishnu Dileep, Blerta Milo, Ping-Chieh Pao e Hannah Woolf.

A Fundação da Família Robert A. e Renee Belfer, o Fundo Cure Alzheimer, os Institutos Nacionais de Saúde, a Fundação JPB, o Instituto Picower de Aprendizagem e Memória e o Programa de Ciência da Fronteira Humana forneceram financiamento para o estudo.