A partir de uma miríade de dados obtidos de experimentos em modelos de camundongos, células-tronco humanas, amostras clínicas de sangue e culturas de células humanas, nova pesquisa publicado na revista ciência avançada sugerem que o óxido nítrico altera o funcionamento e a estrutura dos neurônios e leva a comportamentos semelhantes ao autismo.
Os transtornos do espectro do autismo (ASDs) compreendem um vasto grupo de condições de neurodesenvolvimento unidas por sintomas como habilidades sociais deficientes, dificuldades de comunicação, comportamentos repetitivos e passatempos específicos. Várias mutações são responsáveis pela diversidade de características associadas ao TEA, mas os mecanismos subjacentes a elas são pouco compreendidos, deixando os pacientes sem terapias disponíveis.
O óxido nítrico também demonstrou desempenhar um papel versátil em vários distúrbios neurológicos, como as doenças de Alzhiemer, Parkinson e Hungtinton, mas seu papel no TEA permaneceu obscuro. Recentemente, Haitham Amal, pesquisador principal e professor assistente da Universidade Hebraica de Jerusalém, em Israel, e colegas relataram que descobriram que modelos de ratos com TEA apresentavam níveis significativamente altos de óxido nítrico.
“É importante ressaltar que ainda não sabemos se [nitric oxide] leva ao TEA como primeira fonte”, disse Amal. “Agora sabemos que [nitric oxide] é um importante fator patológico no TEA. Também sabemos que reduzir [nitric oxide] os níveis reduzem os fenótipos de TEA”.
O papel do óxido nítrico
Como parte de um novo estudo, a equipe de Amal conduziu uma série de experimentos usando modelos celulares e de camundongos de ASD, bem como amostras biológicas de pacientes para caracterizar ainda mais o papel potencial do óxido nítrico no desenvolvimento do autismo.
Dentro do cérebro, níveis normais de óxido nítrico são responsáveis pelo fluxo sanguíneo, crescimento neuronal e metabolismo, entre outras funções. Mas em níveis elevados, a molécula pode ser tóxica, interrompendo os processos celulares.
Quando os pesquisadores injetaram em camundongos típicos um doador de óxido nítrico – uma substância que libera óxido nítrico – os camundongos apresentaram alterações moleculares e comportamentais que indicavam TEA. “Nossas descobertas mostram que [nitric oxide] afeta a expressão de proteínas neuronais chave que são importantes para o desenvolvimento do cérebro. nós acreditamos que [nitric oxide] leva à degradação dessas proteínas”, disse Amal. Em resposta a altos níveis de óxido nítrico, algumas proteínas neuronais foram produzidas em excesso, enquanto a produção de outras foi anulada.
Modelos de camundongos com TEA são conhecidos por terem uma densidade menor de espinhos dendríticos em seus neurônios. Essas espinhas são pequenas protuberâncias presentes em saliências semelhantes a ramificações, chamadas dendritos, que ajudam a receber entradas de outros neurônios. Os pesquisadores descobriram mudanças semelhantes nas estruturas dos neurônios expostos a mais óxido nítrico – suas espinhas dendríticas eram mais escassas. Além disso, os camundongos exibiram uma variedade de comportamentos ligados ao TEA, incluindo pouco interesse em objetos novos, memória social mais fraca e mais ansiedade.
Dado que níveis anormais de óxido nítrico levaram a mudanças atípicas nos níveis de proteínas neuronais e na estrutura dos neurônios, os pesquisadores se perguntaram se as características moleculares e comportamentais do autismo poderiam ser revertidas pela inibição do óxido nítrico em camundongos.
Os efeitos podem ser revertidos?
Para testar essa teoria, a equipe usou dois modelos diferentes de ASD em camundongos – um com uma mutação no gene SHANK3 e outro com uma mutação no gene CNTNAP2, ambos considerados importantes no autismo. modelos disponíveis. Como esperado, ambos os modelos de camundongos mostraram sinais de autismo. Por exemplo, a densidade de espinhos dendríticos caiu significativamente em comparação com camundongos normais.
Os pesquisadores injetaram nos camundongos uma substância química inibidora que suprimiria a produção de óxido nítrico. À medida que os níveis de óxido nítrico diminuíram, os sinais de autismo diminuíram. Os níveis normais de proteínas neuronais foram restaurados e as espinhas dendríticas retornaram à densidade típica. “Em um estado de TEA, o número de espinhas é reduzido e, após o tratamento, encontramos uma recuperação quase total”, explicou Amal.
Além disso, o inibidor de óxido nítrico também anulou os comportamentos semelhantes ao autismo observados nesses modelos de camundongos. “Os modelos de mouse ASD com alta [nitric oxide] níveis mostraram déficits sociais, redução da busca por novidades, comportamento repetitivo e ansiedade”, acrescentou Amal. “Quando reduzimos os níveis de NO, encontramos a reversão da maioria dos recursos.”
Depois de testar a hipótese em camundongos vivos, os pesquisadores voltaram o foco para as culturas de células. Para começar, eles cultivaram células neuronais de modelos de camundongos normais e mutantes. Níveis crescentes e decrescentes de óxido nítrico nessas culturas levaram a mudanças bioquímicas semelhantes às observadas em experimentos com camundongos.
Tendo investigado o impacto do óxido nítrico em camundongos, a equipe de Amal procurou confirmar suas descobertas em humanos. Primeiro, eles testaram neurônios derivados de células-tronco de pessoas com mutações no gene SHANK3, vivendo com TEA. Esses neurônios tinham altos níveis de proteínas que ajudam a diagnosticar o estresse causado pelo óxido nítrico. Quando os pesquisadores trataram esses neurônios com um inibidor de óxido nítrico, os níveis dessas proteínas diminuíram.
Posteriormente, o laboratório de Amal mediu os níveis das mesmas proteínas em amostras de plasma sanguíneo retiradas de crianças com TEA. Eles queriam validar seus resultados neste grupo demográfico. Em comparação com crianças não afetadas, aquelas com TEA apresentaram níveis mais altos de biomarcadores que indicam estresse de óxido nítrico.
Análises mais profundas revelaram que a produção de inúmeras proteínas responsáveis pelo desenvolvimento neuronal foi aumentada ou diminuída, diferindo de seus níveis normais. Além disso, usando análises computacionais, os pesquisadores descobriram que os genes envolvidos em vários mecanismos ligados ao desenvolvimento do TEA estavam super-representados. Esses genes são essenciais para cortar as conexões entre os neurônios, bem como para conduzir a inflamação e o estresse oxidativo.
“Esta pesquisa é um avanço significativo na pesquisa do autismo com a primeira conexão direta feita entre um aumento na concentração de [nitric oxide] no cérebro e comportamento autista”, disse Amal. “Tenho esperança de que, com nossa nova compreensão do [nitric oxide] mecanismo, podemos começar a desenvolver drogas terapêuticas para ASD e ajudar milhões de crianças e adultos que vivem com autismo em todo o mundo”.
A equipe de Amal está explorando o impacto do óxido nítrico em muitos outros modelos de autismo. “A boa notícia é que estamos explorando dados muito semelhantes”, acrescentou Amal.
Referência: Haitham Amal, e outros, A resposta NÃO para o Transtorno do Espectro do Autismo, Ciência Avançada (2023). DOI: 10.1002/advs.202205783
Imagem principal: Uma imagem de microscopia confocal da expressão de sinaptofisina em neurônios corticais primários mutantes Shank3 tratados com inibidor de óxido nítrico, que fornece informações valiosas sobre o papel potencial do óxido nítrico na modulação da expressão de proteínas sinápticas.
