Oligonucleotídeos Antissenso para a Ataxina-3 Mutante pode Melhorar a Disfunção dos Neurônios de Purkinje

Entender quais tipos celulares são importantes para o início de uma doença é vital para o desenvolvimento de terapias e opções de tratamento para os pacientes. Se um tipo celular não é afetado, nós não precisamos usá-lo como alvo para terapia. Para ajudar no nosso entendimento sobre tipos celulares relevantes na ataxia espinocerebelar do tipo 3 (SCA3), esse estudo se propôs a entender o papel que as anormalidades nos neurônios de Purkinje desempenham nessa doença. 

Curiosamente, na SCA3 os neurônios de Purkinje não degeneram, ou morrem, na mesma extensão que é vista em outras ataxias. Isso pode sugerir um papel menos importante dessas células no comprometimento motor na SCA3. Para investigar se isso é verdade, os autores perguntaram se o tratamento com oligonucleotídeos antissenso (ASO) poderia resgatar mudanças na disfunção dos neurônios de Purkinje e melhorar o comportamento motor na SCA3. O resultado: o tratamento com ASO melhora a disfunção dos neurônios de Purkinje na SCA3, até certo ponto. 

A SCA3, também conhecida como doença de Machado-Joseph ou MJD, é uma forma de ataxia hereditária dominante. Causada pela expansão de repetições CAG no gene chamado ATXN3, essa expansão resulta em uma sequência de poliglutamina mais longa  na proteína ATXN3. A SCA3 é caracterizada pela perda progressiva de neurônios em várias áreas do cérebro. Uma dessas regiões cerebrais é o cerebelo. É sabido que o cerebelo controla a nossa coordenação e equilíbrio, e o funcionamento adequado das células de Purkinje é essencial para a execução desses comportamentos. 

Neurônios saudáveis usam impulsos elétricos que os permitem que se comuniquem entre si. Esse processo é conhecido como disparo ou “spiking” de neurônios. O trabalho coordenado de diferentes canais de íons dá suporte ao spiking normal e consistente nos neurônios de Purkinje. Em modelos de camundongos com SCA3 em estágio inicial, os neurônios de Purkinje perdem seu spiking espontâneo e há uma atividade reduzida de certos canais que permitem que os íons de potássio entrem e saiam dos neurônios. 

Alterações no funcionamento desses canais de íons de potássio contribuem para mudanças na função dos neurônios de Purkinje e para problemas no movimento. No entanto, o papel exato do spiking de neurônios nos problemas de movimento ainda não está claro. Os autores deste estudo fizeram a pergunta: o tratamento com ASO pode resgatar a função dos canais de íons, disparo dos neurônios e movimento? Para responder à essa pergunta, os pesquisadores observaram os estágios iniciais, intermediários e tardios da doença em um modelo de camundongo com SCA3, com ou sem tratamento com ASO. 

Eles observaram seis canais de potássio diferentes em cada um desses estágios da doença no modelo de camundongo. No estágio inicial da doença, um desses canais mostrou mudanças na quantidade da proteína produzida pelo corpo (também chamada de “expressão” pelos cientistas) e que forma os canais. No estágio intermediário da doença, dois dos canais de íons mostraram essas mudanças na expressão. 

Para cinco dos canais, houve mudanças entre camundongos não afetados e os com SCA3 no estágio avançado da doença. Curiosamente, no entanto, o tamanho das mudanças na expressão não aumentou entre estágios intermediários e avançados da doença para os canais afetados em ambos os estágios. Como a quantidade desses canais de íons de potássio é alterada em ataxias espinocerebelares (SCAs), isso pode afetar a função dos neurônios de Purkinje ou, mais especificamente, o spiking desses neurônios. 

Para entender se essas mudanças na expressão dos canais de íons de potássio causaram mudanças no spiking dos neurônios de Purkinje, os autores mediram a atividade dos neurônios. Em camundongos em estágio intermediário da doença, em duas regiões diferentes do cerebelo, os pesquisadores descobriram que os neurônios disparavam com mais frequência em camundongos com SCA3 do que em camundongos não afetados. Essa frequência de disparo aumentada, ou spiking aumentado, indica que os neurônios de Purkinje têm excitabilidade aumentada. 

Essa hiperexcitabilidade (excitabilidade aumentada) dos neurônios de Purkinje pode ser problemática. Como as mudanças na expressão dos canais de íons persistem mais tarde na doença, o grupo de pesquisa queria saber se as mudanças na excitabilidade dos neurônios também persistem. A resposta: sim. No estágio tardio da doença, os pesquisadores descobriram que os neurônios de Purkinje em uma das regiões do cerebelo também eram hiperexcitáveis. 

Juntos, esses dados sugerem que, embora existam mudanças nas atividades dos neurônios de Purkinje nos camundongos mais velhos, elas não diferem dos camundongos mais jovens. Isso significa que a piora progressiva da função motora que ocorre ao longo do tempo nos camundongos com SCA3 não é devido a uma piora progressiva da função dos neurônios de Purkinje. A ausência de outras mudanças nos neurônios de Purkinje nesses estágios tardios da doença pode sugerir que as alternâncias na função dos neurônios em outras regiões do cérebro contribuem para a disfunção motora progressiva nos estágios posteriores da doença em camundongos com SCA3. 

Os autores queriam saber se a redução da expressão do gene ATXN3 alcançada com o uso de ASO poderia resgatar o aumento da atividade dos neurônios e dos níveis de expressão dos canais de íons de potássio nos camundongos com SCA3. Os camundongos foram tratados com ASO por oito semanas, e seu comportamento, função neuronal e expressão dos canais de íons foram analisados no mesmo estágio intermediário da doença. 

Os camundongos com SCA3 não tratados eram menos ativos do que os camundongos não afetados. No entanto, os camundongos com SCA3 tratados com ASO mostraram níveis semelhantes de movimento aos camundongos não afetados. O tratamento com ASO também restaurou a expressão dos canais de íons de potássio e reverteu a hiperexcitabilidade. Juntos, esses dados mostram que o tratamento com ASO pode efetivamente resgatar deficiências nas atividades motoras, em um momento em que a disfunção dos canais de potássio é observada em camundongos com SCA3. 

O objetivo deste estudo foi entender o envolvimento dos neurônios de Purkinje na SCA3 e explorar estratégias de supressão do gene ATXN3 como potenciais para o desenvolvimento de terapias. O tratamento com ASO foi capaz de resgatar a expressão de vários canais de íons importantes, restaurar a frequência de spiking dos neurônios de Purkinje e aumentar o movimento dos camundongos com SCA3 para os níveis dos camundongos não afetados. Esses dados obtidos do tratamento com ASO sugerem que as alternâncias na função dos neurônios de Purkinje contribuem significativamente para os problemas de movimento durante o processo da doença SCA3. 

No entanto, embora esses dados sejam promissores, eles também levantam várias questões. Os pesquisadores identificaram que as alterações na função dos neurônios de Purkinje não progridem, enquanto os problemas de movimento pioram ao longo do tempo durante a SCA3. Por causa disso, os pesquisadores sugerem que as alterações no cerebelo não são as únicas que impulsionam os problemas progressivos de movimento na SCA3. Eles sugerem que outras regiões do cérebro além do cerebelo podem estar envolvidas. Então, quando e onde essas regiões do cérebro se tornam importantes para a SCA3? Mais pesquisas precisam ser feitas para entender melhor o papel não apenas da função dos neurônios de Purkinje na SCA3, mas também da contribuição de diferentes regiões do cérebro e da interação entre essas regiões para o processo da doença na SCA3.