Pesquisadores do MIT descobriram modificações epigenéticas significativas em pacientes com ELA que poderiam levar a terapias direcionadas. Estas modificações, identificadas em neurônios motores de 380 pacientes com ELA, indicam que a ELA pode consistir em vários subtipos, cada um com influências genéticas distintas na progressão da doença.
Em um estudo com células de quase 400 pacientes com ELA, COM os pesquisadores identificaram regiões genômicas com modificações químicas ligadas à progressão da doença.
Uma análise revelou um forte sinal diferencial associado a um subtipo conhecido de ELA e cerca de 30 locais com modificações que parecem estar ligadas às taxas de progressão da doença em pacientes com ELA.
Para a maioria dos pacientes, não se sabe exatamente o que causa a esclerose lateral amiotrófica (ELA), uma doença caracterizada pela degeneração dos neurônios motores que prejudica o controle muscular e eventualmente leva à morte.
Estudos identificaram certos genes que conferem um risco mais elevado da doença, mas os cientistas acreditam que existem muitos mais factores de risco genéticos que ainda não foram descobertos. Uma razão pela qual estes factores têm sido difíceis de encontrar é que alguns são encontrados em muito poucos pacientes, tornando difícil identificá-los sem uma amostra muito grande de pacientes. Além disso, parte do risco pode ser impulsionada por factores epigenómicos, em vez de mutações em genes codificadores de proteínas.
Trabalhando com o consórcio Answer ALS, uma equipe de pesquisadores do MIT analisou modificações epigenéticas – marcadores que determinam quais genes estão ativados em uma célula – em neurônios motores derivados de células-tronco pluripotentes induzidas (IPS) de 380 pacientes com ELA.
Esta análise revelou um forte sinal diferencial associado a um subtipo conhecido de ELA e cerca de 30 locais com modificações que parecem estar ligadas às taxas de progressão da doença em pacientes com ELA. As descobertas podem ajudar os cientistas a desenvolver novos tratamentos direcionados a pacientes com certos fatores de risco genéticos.
“Se as causas profundas forem diferentes para todas estas diferentes versões da doença, os medicamentos serão muito diferentes e os sinais nas células IPS serão muito diferentes”, diz Ernest Fraenkel, professor Grover M. Hermann em Ciências e Tecnologia da Saúde em Departamento de Engenharia Biológica do MIT e autor sênior do estudo. “Poderemos chegar a um ponto, dentro de uma década ou mais, em que nem sequer pensaremos na ELA como uma doença, onde existam medicamentos que tratam tipos específicos de ELA que só funcionam para um grupo de pacientes e não para outro.”
O pós-doutorado do MIT Stanislav Tsitkov é o autor principal do artigo, que foi publicado em 2 de maio na revista Comunicações da Natureza.
O que é esclerose lateral amiotrófica (ELA)?
A esclerose lateral amiotrófica (ELA), também conhecida como doença de Lou Gehrig, é um distúrbio neurológico que atinge os neurônios motores – células nervosas do cérebro e da medula espinhal responsáveis por controlar o movimento muscular voluntário e a respiração. À medida que esses neurônios motores se deterioram e morrem, eles param de transmitir mensagens aos músculos, levando ao enfraquecimento muscular, espasmos (fasciculações) e definhamento (atrofia).
Com o tempo, a ELA progride e os indivíduos afetados pela doença perdem gradualmente a capacidade de iniciar e controlar movimentos voluntários, como andar, falar e mastigar, incluindo a capacidade de respirar. Os sintomas da ELA pioram progressivamente.
Encontrando Fatores de Risco
A ELA é uma doença rara que estima-se que afete cerca de 30.000 pessoas nos Estados Unidos. Um dos desafios no estudo da doença é que, embora se acredite que as variantes genéticas sejam responsáveis por cerca de 50% do risco de ELA (sendo que os factores ambientais constituem o resto), a maioria das variantes que contribuem para esse risco não foram identificadas.
Igual a Alzheimer doença, pode haver um grande número de variantes genéticas que podem conferir risco, mas cada paciente individual pode ser portador de apenas um pequeno número delas. Isto torna difícil identificar os factores de risco, a menos que os cientistas tenham uma população muito grande de pacientes para analisar.
“Como esperamos que a doença seja heterogênea, é necessário ter um grande número de pacientes antes de poder captar sinais como este. Para realmente podermos classificar os subtipos de doenças, precisaremos observar muitas pessoas”, diz Fraenkel.
Há cerca de 10 anos, o consórcio Answer ALS começou a recolher um grande número de amostras de pacientes, o que poderia permitir estudos em maior escala que pudessem revelar alguns dos factores genéticos da doença. A partir de amostras de sangue, os pesquisadores podem criar células-tronco pluripotentes induzidas e depois induzi-las a se diferenciarem em neurônios motores, as células mais afetadas pela ELA.
“Não acreditamos que todos os pacientes com ELA serão iguais, assim como todos os tipos de câncer não são iguais. E o objetivo é conseguir encontrar os causadores da doença que possam ser alvos terapêuticos”, diz Fraenkel.
Neste estudo, Fraenkel e seus colegas queriam ver se as células derivadas de pacientes poderiam oferecer alguma informação sobre diferenças moleculares que fossem relevantes para a ELA. Eles se concentraram em modificações epigenômicas, usando um método chamado ATAC-seq para medir a densidade da cromatina no genoma de cada célula. A cromatina é um complexo de ADN e proteínas que determinam quais genes são acessíveis para serem transcritos pela célula, dependendo da densidade da cromatina.
Nos dados que foram recolhidos e analisados ao longo de vários anos, os investigadores não encontraram qualquer sinal global que diferenciasse claramente os 380 pacientes com ELA no seu estudo dos 80 indivíduos de controlo saudáveis. No entanto, encontraram um forte sinal diferencial associado a um subtipo de ELA, caracterizado por uma mutação genética no gene C9orf72.
Além disso, identificaram cerca de 30 regiões associadas a taxas mais lentas de progressão da doença em pacientes com ELA. Muitas dessas regiões estão localizadas próximas a genes relacionados à resposta inflamatória celular; curiosamente, vários dos genes identificados também foram implicados em outras doenças neurodegenerativas, como a doença de Parkinson.
“Você pode usar um pequeno número dessas regiões epigenômicas e observar a intensidade do sinal ali, e prever a rapidez com que a doença de alguém irá progredir. Isso realmente valida a hipótese de que a epigenômica pode ser usada como filtro para entender melhor a contribuição do genoma da pessoa”, diz Fraenkel.
“Ao aproveitar o grande número de amostras de participantes e os extensos dados coletados pelo Answer ALS Consortium, esses estudos foram capazes de testar rigorosamente se as mudanças observadas poderiam ser artefatos relacionados às técnicas de coleta, armazenamento, processamento e análise de amostras, ou verdadeiramente reflexivo de uma biologia importante”, diz Lyle Ostrow, professor associado de neurologia na Escola de Medicina Lewis Katz da Temple University, que não esteve envolvido no estudo. “Eles desenvolveram formas padronizadas de controlar essas variáveis, para garantir que os resultados possam ser comparados com precisão. Tais estudos são extremamente importantes para acelerar o desenvolvimento da terapia de ELA, pois permitirão que dados e amostras coletadas de diferentes estudos sejam analisados em conjunto.”
Drogas direcionadas
Os investigadores esperam agora investigar mais aprofundadamente estas regiões genómicas e ver como podem conduzir a diferentes aspectos da progressão da ELA em diferentes subgrupos de pacientes. Isto poderia ajudar os cientistas a desenvolver medicamentos que possam funcionar em diferentes grupos de pacientes e a identificar quais pacientes devem ser escolhidos para ensaios clínicos desses medicamentos, com base em marcadores genéticos ou epigenéticos.
No ano passado, a Food and Drug Administration dos EUA aprovou um medicamento chamado tofersen, que pode ser usado em pacientes com ELA com uma mutação num gene chamado SOD1. Este medicamento é muito eficaz para os pacientes que representam cerca de 1% da população total de pessoas com ELA. A esperança de Fraenkel é que mais medicamentos possam ser desenvolvidos e testados em pessoas com outros fatores genéticos de ELA.
“Se você tivesse um medicamento como o tofersen, que funciona para 1% dos pacientes, e apenas o aplicasse em um ensaio clínico típico de fase dois, provavelmente não teria ninguém com essa mutação no ensaio, e ele teria falhado. E assim essa droga, que salva vidas para as pessoas, nunca teria passado”, diz Fraenkel.
A equipe do MIT está agora usando uma abordagem chamada análise quantitativa do locus de características (QTL) para tentar identificar subgrupos de pacientes com ELA cuja doença é causada por variantes genômicas específicas.
“Podemos integrar a genómica, a transcriptómica e a epigenómica, como uma forma de encontrar subgrupos de pacientes com ELA que tenham assinaturas fenotípicas distintas de outros pacientes com ELA e de controlos saudáveis”, diz Tsitkov. “Já encontramos alguns possíveis ataques nessa direção.”
Referência: “Alterações relacionadas à doença em ATAC-seq de linhas de neurônios motores derivados de iPSC de pacientes e controles de ELA” por Stanislav Tsitkov, Kelsey Valentine, Velina Kozareva, Aneesh Donde, Aaron Frank, Susan Lei, the Answer ALS Consortium, Jennifer E. Van Eyk, Steve Finkbeiner, Jeffrey D. Rothstein, Leslie M. Thompson, Dhruv Sareen, Clive N. Svendsen e Ernest Fraenkel, 2 de maio de 2024, Comunicações da Natureza.
DOI: 10.1038/s41467-024-47758-8
A pesquisa foi financiada pelo programa Answer ALS, que é apoiado pelo Robert Packard Center for ALS Research da Johns Hopkins University, Travellers Insurance, ALS Finding a Cure Foundation, Stay Strong vs. ALS, Answer ALS Foundation, Microsoft, Caterpillar Foundation, American Airlines, Team Gleason, EUA Instituto Nacional de Saúde, Fishman Family Foundation, Aviators Against ALS, AbbVie Foundation, Chan Zuckerberg Initiative, ALS Association, National Football League, F. Prime, M. Armstrong, Bruce Edwards Foundation, Judith and Jean Pape Adams Charitable Foundation, Muscular Dystrophy Association, Les Turner Fundação ALS, PGA Tour, Gates Ventures e Fundação Bari Lipp. Este trabalho também foi apoiado, em parte, por doações do National Institutes of Health e do MIT-GSK Gertrude B. Elion Research Fellowship Program for Drug Discovery and Disease.
