TÍTULO: O PROVÁVEL PAPEL DA CALICREÍNA 6 HUMANA NO DESENVOLVIMENTO DA DOENÇA DE ALZHEIMER: ANÁLISE CRÍTICA DA LITERATURA
TÍTULO:
CATEGORIA: CONCLUÍDO CATEGORIA:
ÁREA: CIÊNCIAS BIOLÓGICAS E SAÚDE ÁREA:
SUBÁREA: FARMÁCIA SUBÁREA:
INSTITUIÇÃO: CENTRO UNIVERSITÁRIO DE ITAJUBÁ INSTITUIÇÃO:
AUTOR(ES): CLISLEYD GLAUCIELLY SALES E SILVA AUTOR(ES):
ORIENTADOR(ES): PEDRO FRANCISCO ÂNGELO JUNIOR ORIENTADOR(ES):
1 RESUMO
A doença de Alzheimer é caracterizada pelo comprometimento das funções cognitivas como resultado da formação de fibras amiloides. Tais fibras são formadas pela clivagem anormal da proteína APP pela enzima BACE, resultando na formação de peptídeos β-amiloides que, posteriormente se agrupam formando fibras. A doença acomete, preferencialmente, pessoas a partir dos 65 anos e o risco de seu desenvolvimento dobra a cada 5 anos a partir desta idade. O tratamento consiste no uso de inibidores de acetilcolinesterase em pacientes nos estágios iniciais da doença e no uso de antagonistas glutamatérgicos nos estágios mais avançados. De acordo com dados da literatura, uma serino protease tripsina-like denominada calicreína 6 humana cliva a sequência AFRFS presente tanto em receptores glutamatérgicos quanto em acetilcolinesterase. Dentre os resultados obtidos pode-se verificar que a expressão de calicreína 6 humana encontra-se diminuída em três vezes no cérebro e aumentada em quase trinta vezes no soro de pessoas acometidas pela doença de Alzheimer quando comparadas ao controle. A expressão da calicreína 6 é estimulada por hormônios esteroides, especialmente estrógeno. Estes apresentam função neuroprotetora ao inibir a produção de peptídeos β-amiloides. Uma vez produzido, os peptídeos β-amiloides diminuem a recaptação do glutamato, levando a um aumento dos níveis desse aminoácido, o que pode ocasionar excitotoxicidade. Sabe-se que a estimulação de receptores glutamatérgicos pode estimular a produção de peptídeo β-amiloide, originando assim um círculo vicioso entre os níveis de glutamato e a produção do peptídeo. Além disto, a ativação de receptores glutamatérgicos induz à produção de uma isoforma da APP que contem um domínio inibidor de serino-proteases denominado KPI. O objetivo deste trabalho é demonstrar que a calicreína 6 humana influencia de forma significativa sobre o desenvolvimento da doença de Alzheimer. Para tal, a metodologia utilizada foi levantamento bibliográfico, a partir do qual se realizou uma análise crítica dos resultados obtidos.
Palavras-chave: Calicreína 6 Humana. Doença de Alzheimer. Receptores de Glutamato.
2 INTRODUÇÃO
Doença ou mal de Alzheimer é uma doença degenerativa que afeta o sistema nervoso central, normalmente, em pessoas acima de 65 anos e cujo número de pessoas afetadas tende a triplicar até o ano 2050 segundo dados da OMS, se constituindo assim em um dos mais graves problemas de saúde pública deste século (Brasil, 2002).
Segundo Bertolucci (2013), os sintomas iniciais são prejuízo do aprendizado e memória de curto prazo, sem alteração em outras funções cognitivas. A seguir, observam-se mudanças na memória de longo prazo, concentração e planejamento podendo surgir alterações na personalidade e no comportamento, como agitação, ansiedade, irritabilidade e até mesmo alucinações. Com a progressão da doença, observa-se a deterioração da linguagem, habilidades visuais e função motora.
Tradicionalmente, a doença está associada com a forma fosforilada da proteína TAU (Fosfo-TAU) e, principalmente, com o aumento da produção de peptídeos β-amiloides, os quais se agregam formando as chamadas placas senis, uma das características histopatológicas da doença, afirma Bertolucci (2013).
Farmacologicamente, de acordo com Diniz e Forlenza (2007), a doença é tratada com o uso de inibidores colinérgicos em pacientes nos estados iniciais da doença e com antagonistas glutamatérgicos para casos mais avançados. O uso destes fármacos demonstra que ambos os sistemas, colinérgico e glutamatérgico, desempenham um papel importante no desenvolvimento da doença. Contudo, os pesquisadores sabem que falta um “link” que explicaria as limitações do tratamento farmacológico. De acordo com este trabalho, este “link” se chama calicreína 6 humana.
Calicreína 6 humana, de acordo com Vivas (2007), é uma serino protease tripsina-like cuja expressão está reduzida em três vezes no cérebro e aumentada em trinta vezes no soro de pacientes com doença de Alzheimer. Este trabalho visa dar suporte a criação de uma nova hipótese para o desenvolvimento da doença de Alzheimer, a saber: a calicreína 6 humana cliva os receptores de glutamato impedindo a geração de peptídeos β-amiloides. Como os níveis de calicreína 6 humana são controlados por hormônios esteroides e estes diminuem com a idade, ocorre uma redução dos níveis de calicreína 6 humana no cérebro das pessoas mais idosas possibilitando o desenvolvimento da doença de Alzheimer.
3 OBJETIVO
Demonstrar que a calicreína 6 humana no tecido nervoso pode desempenhar um papel relevante no desenvolvimento da doença de Alzheimer.
4 METODOLOGIA
Foram realizados levantamentos bibliográficos de artigos e livros disponíveis na biblioteca José Hermeto de Pádua Costa e no banco de dados PubMed. Para tal foram estabelecidos os seguintes critérios de inclusão: deveriam respeitar o período de publicação estipulado (1994 a 2014) e conter, pelo menos, duas das seguintes palavras-chave: calicreína, β-amiloide, glutamato, doença de Alzheimer. Em seguida, os resultados obtidos pelos autores foram analisados a fim de comparar o que condiz e o que diverge entre eles, possibilitando o levantamento da hipótese inicial.
5 DESENVOLVIMENTO
De acordo com Stryer, Tymoczko e Berg (2007), serino-protease é um conjunto de enzimas que apresentam um mecanismo catalítico comum baseado em um radical reativo de serina. Elas representam aproximadamente 0,6% do genoma humano, algo em torno de 180 a 240 genes (VIVAS, 2007).
As serino-proteases, de acordo com Vivas (2007), catalisam, preferencialmente, a hidrólise de ligações peptídicas adjacentes a uma classe particular de aminoácidos. Aquelas que, a exemplo da tripsina, clivam preferencialmente após resíduos de arginina (Arg ou R) e lisina (Lis ou K) são denominadas tripsina-like ou tripsina-símile ou ainda “trip-like”. Por outro lado, aquelas que clivam preferencialmente após resíduos de tirosina (Tyr ou Y) e fenilalanina (Fen ou F), a exemplo da quimotripsina, são denominadas quimotripsina-like ou quimotripsina-símile ou ainda “quimo-like”.
Mais recentemente, uma subgrupo de proteases da classe das serino proteases tem atraído a atenção dos pesquisadores, devido ao seu envolvimento com inúmeras doenças. Este subgrupo é denominado calicreínas.
Segundo Gontijo (2005), as calicreínas são responsáveis pela liberação de cinina a partir da hidrólise do cininogênio. Contudo, diversos autores como Angelo
(2006) demonstrou que algumas calicreínas, como a calicreína 6 e a calicreína 8, respectivamente, não são capazes de gerar cininas, devido a sua incapacidade em clivar sequências peptídicas após resíduos de lisina (Lys ou K) ou metionina (Met ou M).
As calicreínas plasmáticas (EC 3.4.21.34), conforme Gontijo (2005), participam da ativação da coagulação sanguínea, da fibrinólise, da regulação do tônus vascular e da inflamação. Já, as calicreínas teciduais (EC 3.4.21.35) são pertencentes a uma grande família com 15 genes em “tandem” no cromossomo 19q13.4 que demonstram alto grau de similaridade a nível genético, proteico e estrutural.
Como a hipótese central deste trabalho é demonstrar que os dados da literatura suportam a ideia de que a calicreína 6 humana desempenha papel fundamental no desenvolvimento da doença de Alzheimer ao clivar receptores glutamatérgicos impedindo assim a geração de peptídeos β-amiloides, faz-se necessário, primeiro, entender a doença e o receptor.
Define-se como Doença de Alzheimer (AD) a síndrome clínica decorrente de uma doença ou disfunção cerebral, geralmente de natureza crônica e progressiva, caracterizada por perturbação de múltiplas funções cognitivas. Sua etiologia ainda é desconhecida, porém, sabe-se que apresenta fatores neuropatológicos e neuroquímicos característicos. O comprometimento das funções cognitivas é acompanhado, ou em alguns casos precedido, por alterações do controle emocional, do comportamento social e da motivação. Instala-se, geralmente, de modo imperceptível e desenvolve-se lenta e continuamente por um período de vários anos (Brasil 2002).
Sabe-se que a AD, conforme Gonçalves e Carmo (2012), pode ser transferida de forma autossômica dominante. Os fatores genéticos ainda influenciam sobre importantes mutações no gene da proteína precursora do amiloide (APP) e nos genes das pré-senilinas1 e 2, ao qual apresenta como efeito comum a capacidade de elevar a concentração do peptídeo β-amiloide de 42 aminoácidos no parênquima cerebral, formando assim as chamadas placas amiloides.
Alguns componentes cerebrais são de fundamental importância para o diagnóstico da AD. Dentre eles, podem-se destacar as proteínas TAU, o peptídeo β-amiloide e o aminoácido glutamato.
Peptídeos β-amiloide, afirma Bertolucci (2013), são normalmente produzidos no cérebro e há evidências de que baixas concentrações deles são necessárias para manter os neurônios viáveis. O problema na AD é que sua produção se eleva intensamente e as moléculas acumulam-se, levando à alteração nas sinapses, sendo este, o passo inicial para a série de eventos que conduz à perda de neurônios e as manifestações sintomáticas da doença.
Os peptídeos β-amiloides, de acordo com Bicca (2012) são formados a partir da clivagem da APP (proteína precursora amiloide) pela BACE (enzima conversora do peptídeo β-amiloide) e pela γ-secretase.
Embora os peptídeos β-amiloides possam exercer várias funções no desenvolvimento da doença de Alzheimer, de acordo com Ikegaya et.al (2002), há outra função exercida por estes receptores: a inibição da recaptação do glutamato pelas células da glia.
Trabalhos de Ikegaya et.al (2002) tem demonstrado que a APP (proteína precursora amiloide), uma proteína usual do sistema nervoso estimula a recaptação do glutamato pelas células da glia e impede a captação de cálcio pelos neurônios glutamatérgicos. Estes dois processos ajudam a proteger os neurônios de um processo bastante comum em doenças neurodegenerativas denominado excitotoxicidade, onde a apoptose de células do sistema nervoso é estimulada pela ação de moléculas excitatórias – como o glutamato.
Entretanto, de acordo com Bicca (2012) em pacientes com AD, a APP é clivada gerando os peptídeos β-amiloides. Estes, por sua vez, estimulam o ingresso de cálcio em neurônios glutamatérgicos e diminuem a recaptação do glutamato pelas células da glia. Como resultado, há um aumento nos níveis de glutamato (e, consequentemente, na entrada de cálcio) que tem como resultado final a morte destes neurônios.
O glutamato, conforme afirma Galina et al. (2009), é o principal neurotransmissor do sistema nervoso central de mamíferos. O determinante para que um metabólito que, assim como este, é encontrado de forma abundante possa funcionar como um neurotransmissor específico depende da compartimentalização precisa dentro da célula e da manutenção de baixos níveis extracelulares que evitem a ativação crônica de seu receptor.
Galina (2009), afirma que os receptores N-Metil-D-aspartato (NMDA) são responsáveis por uma função essencial na aquisição de memória e permitem a
entrada de Na+ e Ca2+ no neurônio. Uma vez que gradientes de Na+ transmembrana são necessários para direcionarem a reacumulação de glutamato para o interior da célula, e que a ativação do receptor NMDA dispersa este gradiente, o glutamato extracelular pode resultar na ativação crônica do NMDA e um intenso carregamento de cálcio do neurônio. Contudo, a ativação crônica do NMDA eleva o cálcio livre citoplasmático - [Ca2+]c - acima do “set-point” gerando um acúmulo de cálcio na matriz mitocondrial. Após um período variável de exposição ao glutamato, ocorre falha na homeostase do cálcio citoplasmático e os neurônios morrem por excitotoxicidade.
Outro aspecto interessante em relação aos receptores glutamatérgicos é que o receptor GluR2 é uma das proteínas cuja expressão mais aumenta em pacientes com doença de Alzheimer (WILLIAMS et al. 2009)
Mais recentemente, alguns autores têm sugerido que os receptores glutamatérgicos do tipo NMDA, mas não AMPA, podem induzir a geração de peptídeos β-amiloides (Lesne et al., 2005). Contudo, há controvérsias neste sentido. Hoey, Williams e Perkinton (2009), demonstraram exatamente o contrário, ou seja, que a estimulação de NMDA protege o sistema nervoso. Já Bordij et al. demonstraram em 2010 que os receptores extra sinápticos, mas não os sinápticos, de NMDA poderiam sim induzir a geração de peptídeos β-amiloides.
Além dos componentes citados acima, os hormônios esteroides também podem apresentar influencia sobre a doença de Alzheimer. De acordo Pike et al. (2009), o estrógeno e a testosterona protegem o sistema nervoso da produção de peptídeos β-amiloides e estimulam a produção das proteases que os degradam como a plasmina e a neprilisina (NEP), sendo, por isto, considerados neuroprotetores.
Mais recentemente, Ganor, Teichberg e Levite (2007), tem demonstrado que receptores glutamatérgicos (no caso, do tipo AMPA - GluR3) podem ser clivados por serino proteases (como a granzima B). Atualmente, o mesmo grupo tem demonstrado que a plasmina (outra serino protease) pode clivar receptores GluR3 – AMPA.
Além dos receptores AMPA, foi demonstrado que a calpaína também cliva receptores glutamatérgicos, neste caso os de NMDA, como demonstrado na figura abaixo (GUTTMANN, 2001).
Interessantemente, Sacrisbrick et al. (2004) demonstraram que uma proteína análoga a calicreína 6 humana em murinos, denominada Proteína Específica de Mielencéfalo (MSP), tem sua produção estimulada por altos níveis de glutamato.
De acordo com o trabalho de Lesné et al. (2005), a estimulação de receptores NMDA (mas não AMPA) aumenta a expressão tanto das isoformas da APP contendo domínio KPI (APP751 e APP770) quanto do peptídeo β-amiloide, além de um aumento considerável na morte de neurônios. Processo este que pode ser revertido pelo uso de antagonistas específicos dos receptores NMDA, mas não de AMPA.
Segundo Lesné et al. (2005), a APP possui 3 isoformas: APP695, APP751 e APP770. A mais comum é a isoforma APP695. Contudo, em pacientes com doença de Alzheimer, observa-se um aumento da expressão das outras duas isoformas. Ambas, possuem um domínio KPI (Kunitz Protease Inhibtor) adicional que é capaz de inibir a ação de serino proteases.
Os dados sugerem que a estimulação de receptores glutamatérgicos do tipo NMDA podem desempenhar um papel importante no desenvolvimento da doença de Alzheimer. Contudo, não há dados na literatura a respeito dos efeitos destes agonistas em neurônios humanos “normais” que não células de cultura (em geral, imortalizadas). Tampouco com células primárias de neurônios humanos.
6 RESULTADOS
A partir do que foi exposto nos itens anteriores podemos extrair os seguintes dados da literatura:
1 - Os níveis de calicreína 6 humana estão reduzidos no cérebro de pacientes com doença de Alzheimer em quase três vezes comparado aos pacientes controle;
2 - Os níveis de calicreína 6 humana estão aumentados no soro e no líquor de pacientes com doença de Alzheimer comparado aos pacientes controle. No caso do soro, este aumento chega a quase trinta vezes;
3 - Os hormônios esteroides são neuroprotetores, inibindo a geração de peptídeos β-amiloides;
4 - Os hormônios esteroides induzem a expressão da calicreína 6 humana;
5 - A sequência clivada com maior eficiência pela calicreína 6 humana (AFRFS) é encontrada em duas proteínas que são alvos da terapia farmacológica para
tratamento da doença de Alzheimer: acetilcolinesterase e receptores glutamatérgicos;
6 - Receptores glutamatérgicos do tipo AMPA ou NMDA podem induzir a geração de peptídeos β-amiloides e das isoformas APP-KPI 751 e 770;
7 - Peptídeos β-amiloides podem inibir a recaptação de glutamato, criando, aparentemente, um círculo vicioso;
8 - Altos níveis de glutamato podem induzir a morte de neurônios por excitotoxicidade;
9 - As serino proteases granzima B e plasmina podem clivar receptores de glutamato do tipo AMPA.
7 CONSIDERAÇÕES FINAIS
Os dados presentes na literatura, conforme descrito neste trabalho, demonstram que a calicreína 6 humana pode desempenhar um papel importante no desenvolvimento da doença de Alzheimer. Para tanto, faz-se necessário que uma série de experimentos, como os descritos na discussão, sejam realizados. Do ponto de vista da doença, a determinação da calicreína 6 humana como potencial marcador da doença talvez seja o item mais importante. Caso a calicreína 6 humana venha a se confirmar como um biomarcador, este problema se minimiza consideravelmente. Especialmente, se os níveis da calicreína 6 humana se mostrarem alterados ainda durante o doença prodrômica.
Tão importante quanto demonstrar o papel da calicreína 6 humana na doença de Alzheimer são os impactos que isto causaria na ciência médica em geral, visto que as proteases representam 2% do genoma (600 a 800 genes), sendo que pouquíssimas tem a função ou o substrato conhecidos. Ou seja, ao se confirmar o papel da calicreína 6 humana, todas as técnicas utilizadas poderiam ser replicadas para outras proteases. Em suma, se bem sucedido os experimentos sugeridos anteriormente, abre-se a possibilidade das proteases serem pesquisadas como potenciais alvos terapêuticos.
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