Agregação proteica e a formação de corpos de inclusão : Toxicidade ou Neuroprotecção?

Em diversas doenças neurodegenerativas, incluindo a DP, ocorrem interacções proteicas não comuns no SNC e em todas estas doenças, estão presentes depósitos de agregados proteicos no cérebro dos pacientes. A agregação proteica pode dever-se a diversos factores, como mutações, ou pode não estar relacionado com mecanismos genéticos e ser desencadeado por factores ambientais ou pelo envelhecimento (Ross & Margolis, 2005).

Apesar dos corpos de inclusão serem características patológicas das doenças neurodegenerativas, existe uma elevada controvérsia em relação ao papel que a agregação proteica desempenha no desenvolvimento da doença. As conformações anormais das proteínas e a agregação são características comuns destas doenças, e existem diversas linhas de evidência que relacionam a agregação com a toxicidade celular (Ross & Poirier, 2005). Contudo, ainda não foram identificados os factores que promovem a formação dos CL nem a sua função na fisiopatologia da DP, não sendo claro se promovem ou inibem a toxicidade celular (Beyer et al., 2009).

Se por um lado os corpos de inclusão aparentam ser prejudiciais para as células na medida em que o número de CL está relacionado com a severidade dos sintomas clínicos na demência com CL (Tanaka et al., 2004) por outro lado, podem estar relacionados com mecanismos protectores através do sequestro de espécies tóxicas, considerando que os neurónios com CL em cérebros afectados aparentam estar mais saudáveis que os neurónios vizinhos (Tompkins & Hill, 1997). Para além disso, estudos post-mortem em idosos assintomáticos apresentaram muitas vezes CL (Tanaka et al., 2004). Adicionalmente, apesar das doenças que envolvem a presença de CL apresentarem uma vasta perda dos neurónios dopaminérgicos, uma elevada percentagem de neurónios sobreviventes possuem inclusões intracelulares sob a forma de CL, indicando que estas inclusões tem um efeito protector para a célula em relação as proteínas misfolded ou disfuncionais (Beyer et al., 2009). Apesar da realização de diversas pesquisas, a presença de corpos de inclusão relaciona-se fracamente com outros marcadores de neurodegeneração. Incluindo na DP, em que existe uma baixa correlação entre a presença dos CL e a neurodegeneração na SNpc (Tompkins & Hill, 1997).

Como já foi mencionado anteriormente, a Sinfilina-1A possui a capacidade de se agregar numa larga percentagem de células sem que haja inibição proteassomal, apresentando uma elevada toxicidade celular (Eyal et al., 2006). A sobre-expressão da Sinfilina-1A provoca uma diminuição dos processos neuronais e aumenta a morte celular. Para além disso a Sinfilina-1A forma agregados e acumula-se, contudo, a formação de corpos de inclusão só ocorre quando existe inibição proteassomal, o que sugere que a acumulação de proteínas ubiquitinadas é necessária para a agregação da Sinflina-1A em corpos de inclusão. Para além disso, os neurónios que contém corpos de inclusão de Sinfilina-1A exibem uma redução da morte celular e uma diminuição dos processos neuronais, indicando que a formação deste corpos de inclusão tem um efeito protector contra a toxicidade da Sinfilina-1A (Eyal & Engelender, 2006).

Considerando que as inclusões de Sinfilina-1A recrutam a Sinfilina-1, a formação das inclusões semelhantes aos CL pode envolver a interacção de ambas as proteínas, possivelmente mediada pelos domínios arkyrin-like de ambas (Eyal et al., 2006). Para além disso, o facto da Sinflina-1Atambém interagir com a α-Syn, e ter a capacidade de a recrutar para dentro dos corpos de inclusão nos neurónios, indica que o modelo de agregação da Sinflina-1A pode ser relevante no estudo da DP (Eyal & Engelender, 2006).

A Sinfilina-1 aumenta fortemente a toxicidade da α-Syn em culturas celulares (Szargel et al., 2008). É de interesse realçar que células que apresentam corpos de inclusão de Sinfilina-1 e α-Syn são relativamente poupadas, implicando que as inclusões tem um papel citoprotectivo (Tanaka et al., 2004). Concordantes com esta hipótese, diversos estudos sugerem que as inclusões de α-Syn, formadas por uma sobre-expressão de Sinfilina-1, representam agregossomas que podem ser eliminados da célula por autofagia, sendo assim considerados citoprotectivos (Büttner et al., 2010; Ralph et al., 2005; W. W. Smith et al., 2010; Zaarur, Meriin, Gabai, & Sherman, 2008).

Por outro lado, as inclusões formadas principalmente por α-Syn monoubiquitinada são tóxicas para a célula, o que pode estar relacionado com a natureza amorfa dos agregados de α-Syn monoubiquitinada (Rott et al., 2008). De facto, acredita-se que as formas olígomericas ou protofibrilares são as espécies tóxicas de α-Syn (Caughey & Lansbury, 2003). Nos CL os agregados proteicos amorfos localizam-se no centro enquanto que as fibrilas se encontram na periferia, o que sugere fortemente que os CL

podem apresentar toxicidade para as células nos seus estágios iniciais de formação (Baba et al., 1998; Simone Engelender, 2008).

É interessante a possibilidade de, apesar das inclusões que contém principalmente α-Syn monoubiquitinada serem tóxicas para a célula, a co-agragação com outras proteínas relacionadas com a DP, como as isoformas da Sinfilina-1A, poderem contrariar esta toxicidade. Deste modo, é possível que os CL tenham a capacidade de promover tanto a neurotoxicidade como ter um efeito protector, consoante a sua fase de maturação (Simone Engelender, 2008)

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Figura 13 - Representação Esquemática da Formação de Corpos de Inclusão em Modelos Celulares da DP. (Adaptado de Engelender, 2008)

Desta forma, as inclusões citoplasmáticas podem estar relacionadas com um processo activo de protecção contra as proteínas misfolding ao isola-las. Podendo a sua formação não resultar apenas da acumulação de proteínas misfolding, e dever-se a uma medida defensiva de forma a remover espécies tóxicas (Dauer & Przedborski, 2003; Ross & Pickart, 2004; R Szargel et al., 2008)

Devido à tendência de agregação das proteínas e as consequências referidas anteriormente, as células exibem diversos mecanismos protectores contra as proteínas misfolding. A primeira linha de defesa é efetuada pelos chaperonas moleculares. Outro mecanismo envolve, como já mencionado diversas vezes anteriormente, a

degradação pelo proteassoma (Berke & Paulson, 2003; Ross & Pickart, 2004). O facto de haver diversas mutações, na DP familiar, em proteínas que se encontram fortemente relacionadas com o SUP, sublinha a relevância deste na DP (Rogers, Paine, Bedford, & Layfield, 2010; Ross & Poirier, 2005). Por fim, existe o mecanismo de defesa que envolve a autofagia, no qual diversas proteínas citoplasmáticas são degradadas por via do lisossoma. A autofagia mediada por chaperonas pode ser activada pelo stress oxidativo e está envolvida na degradação da α-Syn (Cuervo, Stefanis, Fredenburg, Lansbury, & Sulzer, 2004).

Por fim, existe uma ultima linha de defesa, em que a célula pode sequestrar agregados através do transporte mediado pelos microtúbulos e recolhe-los num único local citoplasmático perto do centríolo (Johnston, Ward, & Kopito, 1998; Ross & Poirier, 2005). Este processo leva à formação de corpos de inclusão que apresentam elevada similaridade com os CL (Iwata et al., 2005; Johnston et al., 1998; C. W. Olanow, Perl, Demartino, & Mcnaught, 2004). Para além disso, os CL contém y- tubilina e pericentrina, marcadores do centrossoma, enzimas activadoras da ubiquitina, activadores do proteassoma, assim como, marcadores da autofagia apresentando, também, elementos do citoesqueleto. Considerando a sua composição, os CL representam muito provavelmente o produto final de um processo celular activo (Ross & Poirier, 2005).

Relativamente aos mecanismos de toxicidade, já foram propostas diversas hipóteses como a inibição do proteassoma pelas proteínas misfolding. Interessantemente, forma mutante da α-Syn provoca a inibição do proteassoma. Este facto é de especial interesse, pois uma exposição sistemática a inibidores do proteassoma provocou uma síndrome com características semelhantes à DP em ratos, acompanhado de perda de neurónios dopaminérgicos na SNpc, diminuição dos terminais de dopamina no estriado e uma disfunção progressiva do movimento com resposta à terapêutica com agonistas da dopamina (McNaught, Perl, Brownell, & Olanow, 2004). Uma outra possibilidade recai sobre alterações na autofagia provocada por proteínas alteradas, como é o caso da forma mutante da α-Syn que prejudica a autofagia mediada por chaperonas (Massey, Kiffin, & Cuervo, 2004). Por outro lado, uma hipótese mais generalista para a relação entre a toxicidade e a agregação incide sobre a possibilidade de que a toxidade possa depender de interacções ou recrutamento de outros componentes celulares durante o processo de agregação podendo desta forma, nenhuma espécie ser tóxica por si própria mas que o

seu ganho de toxicidade se deva ao processo activo de agregação e a interacções com outras proteínas (Ross & Poirier, 2005).

Assim, analisando as evidências, surge a forte indicação que a formação de corpos de inclusão pode ser uma resposta protectora da célula contra proteínas misfolding. Ross et al., sugerem que o processo de agregação por si próprio está provavelmente relacionado com a toxicidade e que podem existir mecanismos de toxicidade comuns entre as doenças que apresentam agregação de proteínas e corpos de inclusão (Ross & Poirier, 2005).