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Grupo de pesquisa foca nas mitocôndrias para entender problemas como a Doença de Alzheimer
| DESTAQUES: • O Grupo de Análise de Metabolismo Energético e Exercício (GAME) tem as mitocôndrias como alvos de estudos sobre diversas doenças e a suas prevenções; • Moscas-da-fruta (Drosophila melanogaster) são utilizadas como modelo de pesquisa para observar o metabolismo mitocondrial; • Essas pesquisas podem revelar mais sobre a doença de Alzheimer e problemas de atrofia muscular, por exemplo, permitindo melhores diagnósticos, prevenções e tratamentos. |
O Grupo de Análise de Metabolismo Energético e Exercício (GAME) está localizado na Faculdade de Ciências Farmacêuticas de Ribeirão Preto – USP e é coordenado pela Prof.ª Dra. Luciane Alberici. O GAME tem como principal objetivo a investigação do papel das mitocôndrias e dos efeitos protetores do exercício físico em diversas patologias, como câncer, doença de Alzheimer e doenças metabólicas. Além disso, o laboratório pretende aperfeiçoar o uso do modelo Drosophila melonagaster na pesquisa científica, alternativamente ao uso de roedores, o que reduzirá a utilização desses animais de laboratório.
Os estudos do metabolismo energético e das mitocôndrias são fundamentais para a compreensão da biologia celular e das respostas adaptativas do organismo. As mitocôndrias são organelas multifuncionais essenciais, responsáveis não apenas pela produção de energia nas células, mas também pelo controle do equilíbrio redox, pela regulação da sinalização celular e pela indução de processos celulares, como a apoptose. As mitocôndrias são dinâmicas e altamente adaptáveis, ou seja, elas podem alterar o seu número, a sua morfologia e a sua função em resposta a mudanças nas necessidades energéticas e nas condições ambientais. Essa plasticidade mitocondrial é vital para a manutenção da função celular em condições normais e patológicas.
Durante o exercício físico, por exemplo, as mitocôndrias se reorganizam e alteram sua forma para aumentar a produção de energia e suportar a maior demanda energética dos músculos. Essa capacidade adaptativa é mediada por processos como a biogênese, a fissão e a fusão mitocondriais, que ajustam a funcionalidade e a eficiência das mitocôndrias de acordo com as necessidades metabólicas. A incapacidade das mitocôndrias de se adaptar adequadamente ao estresse metabólico pode levar a uma produção excessiva de espécies reativas de oxigênio (EROs), desencadeando danos oxidativos ao DNA, aos lipídios e às proteínas celulares. Esse dano oxidativo, se não controlado, pode comprometer a viabilidade celular e contribuir para a degeneração de tecidos, a formação de tumores e outros distúrbios.
No contexto de doenças crônicas, como diabetes, doenças neurodegenerativas e câncer, a disfunção mitocondrial pode desempenhar um papel central na progressão da doença. Para a doença de Alzheimer, por exemplo, os gatilhos envolvidos no início da patologia ainda são objeto de estudo. Nesse sentido, fatores ambientais capazes de modular o metabolismo energético corporal e cerebral, como exercício físico e restrição calórica, têm sido discutidos como estímulos neuroprotetores nas fases de início e de progressão da doença.
Nesse contexto, o MSc. Jonathas, em seus estudos de doutoramento no GAME, vem buscando entender a participação das mitocôndrias no desenvolvimento da doença de Alzheimer e em como o exercício físico exerce seu papel protetor. O pós-doutorando PhD. Anderson tem investigado o efeito do exercício físico sobre peptídeos derivados da mitocôndria no câncer de mama, no Dana-Farber Cancer Institute, afiliado à Harvard Medical School (Boston – USA), um dos principais centros de tratamento e de pesquisa em câncer no mundo.
O GAME também utiliza o modelo alternativo Drosophila melonagaster, a mosca-da-fruta, para o estudo de patologias humanas, disfunções metabólicas e suas relações com o metabolismo mitocondrial. O modelo possibilita o uso de ferramentas para modulação gênica controlada (knockout, knockdown, overexpression) de componentes celulares envolvidos em diversas vias metabólicas e doenças humanas, além de portar marcadores fluorescentes para proteínas-chave em conjunto com marcadores mitocondriais (mito-GFP).
As Drosophilas podem ainda ser submetidas a diferentes condições metabólicas, como dietas e exercícios físicos. Essas moscas podem ser procriadas em até centenas por semana, o que possibilita a análise funcional (de respiração celular) de mitocôndrias em tecido fresco e extração de tecidos para análises diversas.
Ainda no campo do Alzheimer, a MSc. Gabriela investiga o eixo intestino-cérebro e a relação entre a disfunção mitocondrial e alterações estruturais no intestino dos animais doentes, utilizando Drosophilas que expressam, no sistema nervoso central, as proteínas APP e BACE e o peptídeo neurotóxico Abeta42, moléculas importantes na doença de Alzheimer. O modelo de Drosophila também tem sido utilizado pela MSc. Giulia para o estudo da influência da modulação da via mitofágica na progressão do Alzheimer e os efeitos dessa modulação na função energética mitocondrial do cérebro dos animais doentes.
No eixo de atrofia muscular, a MSc. Marylu utiliza Drosophilas transgênicas para investigar os efeitos anti proteolíticos do neuropeptídeo CGRP. A pesquisa abrange a avaliação de aspectos funcionais, metabólicos e bioquímicos do músculo, com ênfase no metabolismo mitocondrial. Por fim, o pós-doutorando PhD. Felipe tem investigado na Drosophila os mecanismos de regulação da autofagia. A autofagia, que é “o ato de comer a si próprio”, é um mecanismo celular de reciclagem de organelas velhas ou danificadas, que são entregues para degradação nos lisossomas. Assim, o chamado sistema autofágico-lisossomal é essencial à manutenção de qualquer órgão ou tecido.
Entretanto, a desregulação desse sistema é frequentemente associada a inúmeras doenças e, por isso, seu entendimento tem grande interesse clínico. Na atrofia muscular, o sistema autofágico-lisossomal está aumentado, o que causa a degradação das proteínas musculares. Por isso, a identificação dos mecanismos de controle da autofagia é essencial para tratar qualquer patologia associada a esse sistema.
Equipe de trabalho:
Ana Elisa C. Seixas Azzolini
Felipe B. Valer
Giulia C. Spegiorim
Marylu Mardegan
Gabriela Castilho
Jonathas R. dos Santos
Alcides Pereira
Colaboração:
Profa. Luciane Carla Alberici sobre a autora
Luciane Alberici tem formação em Educação Física, é professora de Bioquímica e cientista. O metabolismo energético mitocondrial é sua principal área de interesse, especialmente em entender como as mitocôndrias se comportam em condições patológicas e de exercício físico.
Referências:
Artigo científico intitulado “New Genomic Approaches to Enhance Biomass Degradation by the Industrial Fungus Trichoderma reesei”, publicado na revista International Journal of Genomics em 2018, de autoria de de Paula, R.;Antoniêto, A.; Ribeiro, L.; e colaboradores.doi: 10.1155/2018/1974151.
Artigo científico intitulado “The recombinant L-lysine α-oxidase from the fungus Trichoderma harzianum promotes apoptosis and necrosis of leukemia CD34 + hematopoietic cells”, publicado na revista Microbial Cell Factories em 2024, de autoria de Costa, M Silva, T.; Guimarães, D.; e colaboradores. https://doi.org/10.1186/s12934-024-02315-2
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(Editoração: Fernando F. Mecca e Nathália A. Khaled)