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Insights Genéticos Sobre Doenças Prionicas

Estudos recentes mostram ligações genéticas com doenças priónicas como a sCJD.

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Prions são agentes infecciosos únicos feitos de proteínas. Eles são diferentes dos vírus ou bactérias comuns porque não têm material genético como DNA ou RNA. Em vez disso, os prions são compostos por proteínas mal dobradas que fazem com que as proteínas normais no cérebro também se dobrem de maneira errada. Esse processo leva à formação de estruturas chamadas fibrilas, que podem crescer e se dividir, espalhando a infecção.

À medida que os prions se replicam no cérebro, eles criam substâncias tóxicas que danificam as células cerebrais, levando à neurodegeneração, ou à perda gradual da função cerebral. Esse mecanismo é central para várias doenças que afetam tanto humanos quanto animais, incluindo algumas condições mais conhecidas como doenças neurodegenerativas.

Tipos de Doenças Priónicas em Humanos

Diferente de muitas outras doenças neurodegenerativas, as doenças priónicas humanas podem surgir de três causas principais. Primeiro, algumas pessoas herdam uma versão defeituosa de um gene (chamado PRNP) de seus pais. Essa versão herdada leva à doença priónica em cerca de 10-15% dos casos. Em segundo lugar, a maioria das doenças priónicas (cerca de 85%) ocorre espontaneamente, sem um histórico familiar claro ou mutações genéticas. Por último, há casos raros onde doenças priónicas podem ser transmitidas entre pessoas ou de animais para humanos, representando menos de 1% dos casos.

A forma mais comum de doença priónica em humanos é chamada de doença de Creutzfeldt-Jakob esporádica (sCJD). Pessoas diagnosticadas com sCJD geralmente experimentam perda rápida de memória e confusão, levando à demência. Infelizmente, atualmente não existem tratamentos que possam modificar o curso da doença. A maioria dos tratamentos foca em atacar as próprias proteínas priónicas. Alguns tratamentos envolvendo anticorpos que visam especificamente os prions foram testados, mas nenhum se mostrou eficaz até agora.

Pesquisas Recentes e Descobertas

Em 2020, pesquisadores conduziram um grande estudo para entender melhor os fatores genéticos que influenciam o risco de desenvolver sCJD. Eles identificaram novas variações genéticas ligadas a chances aumentadas da doença. Além dos fatores bem conhecidos relacionados ao gene PRNP, eles encontraram novas variações localizadas perto de outros dois genes, STX6 e GAL3ST1. Essas descobertas sugerem que certos fatores genéticos podem aumentar a probabilidade de desenvolver sCJD.

O gene STX6 está envolvido no processo de movimentação de materiais dentro das células, ajudando especificamente a transportar proteínas para seus locais adequados no cérebro. O gene GAL3ST1 desempenha um papel na produção de sulfatídeos, que são componentes importantes da mielina, a cobertura protetora das fibras nervosas. Desregulações nesses processos podem contribuir para o risco de sCJD.

Combinando Estudos Genéticos e de Expressão

Os pesquisadores tentaram combinar informações de vários estudos genômicos, incluindo aqueles que analisam como os genes são expressos, para obter uma compreensão mais profunda da sCJD. Ao vincular dados genéticos com informações sobre a expressão de genes e proteínas em diferentes regiões do cérebro, eles buscaram identificar como variações genéticas poderiam influenciar o risco da doença.

Essa abordagem integrada ajuda a reduzir a probabilidade de falsos positivos frequentemente encontrados em estudos genéticos, consolidando evidências de múltiplas fontes. O objetivo era melhorar a compreensão de como certos fatores genéticos, anteriormente considerados insignificantes, poderiam ainda desempenhar um papel no influenciamento do risco de doença, afetando a expressão gênica.

Principais Descobertas

Entre os resultados desses estudos, os pesquisadores encontraram evidências convincentes conectando o gene STX6 ao aumento da expressão tanto do gene quanto de sua proteína no cérebro. Importante, essa expressão foi mais evidente em um tipo específico de célula cerebral conhecido como oligodendrócitos. Isso sugere que o risco genético associado ao STX6 está ligado ao seu papel nessas células em vez de em outras.

Além disso, outro gene, PDIA4, que está envolvido no dobramento de proteínas e na manutenção da função celular durante o estresse, também foi destacado na análise. Ele mostrou uma associação significativa com sCJD, indicando que uma maior expressão desse gene poderia também aumentar o risco da doença. O papel do PDIA4 sugere que as respostas ao estresse nas células cerebrais poderiam ser um fator contribuinte para doenças priónicas.

Importância dos Oligodendrócitos

Os oligodendrócitos são um tipo de célula glial no cérebro responsável por produzir mielina, que isola as fibras nervosas. Curiosamente, pesquisas sugerem que essas células podem não replicar prions; em vez disso, elas parecem desempenhar um papel protetor. No entanto, a interação delas com neurônios e outros tipos de células ainda pode afetar significativamente a progressão das doenças priónicas.

Por exemplo, o aumento da expressão de STX6 em oligodendrócitos pode afetar como as proteínas são transportadas nas células, influenciando a formação e a propagação dos prions. Entender essas interações é vital para desvendar como as doenças priónicas se desenvolvem e progridem.

Outros Genes de Risco Potenciais

Os pesquisadores também identificaram outros genes candidatos que podem contribuir para o risco de sCJD. Alguns desses genes, embora anteriormente não vinculados a doenças priónicas, mostraram conexões potenciais com base em seus papéis nas respostas ao estresse celular.

Entre esses candidatos, o MANF se destaca. Esse gene está envolvido na gestão do estresse celular e tem um papel protetor em vários tipos de neurônios. Níveis reduzidos de MANF foram associados a um aumento do risco de sCJD, destacando sua importância potencial na dinâmica das doenças priónicas.

Conclusão

A relação entre a doença priónica e a genética é complexa, mas pesquisas recentes iluminam jogadores chave nesse cenário. Genes como STX6 e GAL3ST1 parecem influenciar o risco de desenvolver sCJD através de seus papéis na função e comunicação celular. Outros genes, como PDIA4 e MANF, oferecem insights adicionais sobre como as células respondem durante infecções por prions.

As descobertas enfatizam a necessidade de pesquisas direcionadas para entender como vários tipos de células contribuem para a progressão das doenças priónicas. Ao investigar essas relações, os pesquisadores esperam descobrir novos alvos terapêuticos, abrindo caminho para melhores intervenções no manejo das doenças priónicas e distúrbios neurodegenerativos relacionados.

Fonte original

Título: Multiomic Analyses Direct Hypotheses for Creutzfeldt-Jakob Disease Risk Genes

Resumo: Prions are assemblies of misfolded prion protein that cause several fatal and transmissible neurodegenerative diseases, with the most common phenotype in humans being sporadic Creutzfeldt-Jakob disease (sCJD). Aside from variation of the prion protein itself, molecular risk factors are not well understood. Prion and prion-like mechanisms are thought to underpin common neurodegenerative disorders meaning that the elucidation of mechanisms could have broad relevance. Herein we sought to further develop our understanding of the factors that confer risk of sCJD using a systematic gene prioritization and functional interpretation pipeline based on multiomic integrative analyses. We integrated the published sCJD genome-wide association study (GWAS) summary statistics with publicly available bulk brain and brain cell type gene and protein expression datasets. We performed multiple transcriptome and proteome-wide association studies (TWAS & PWAS) and Bayesian genetic colocalization analyses between sCJD risk association signals and multiple brain molecular quantitative trait loci signals. We then applied our systematic gene prioritization pipeline on the obtained results and nominated prioritized sCJD risk genes with risk-associated molecular mechanisms in a transcriptome and proteome-wide manner. Genetic upregulation of both gene and protein expression of syntaxin-6 (STX6) in the brain was associated with sCJD risk in multiple datasets, with a risk-associated gene expression regulation specific to oligodendrocytes. Similarly, increased gene and protein expression of protein disulfide isomerase family A member 4 (PDIA4), involved in the unfolded protein response, was linked to increased disease risk, particularly in excitatory neurons. Protein expression of mesencephalic astrocyte derived neurotrophic factor (MANF), involved in protection against endoplasmic reticulum stress and sulfatide binding (linking to the enzyme in the final step of sulfatide synthesis, encoded by sCJD risk gene GAL3ST1), was identified as protective against sCJD. In total 32 genes were prioritized into two tiers based on level of evidence and confidence for further studies. This study provides insights into the genetically-associated molecular mechanisms underlying sCJD susceptibility and prioritizes several specific hypotheses for exploration beyond the prion protein itself and beyond the previously highlighted sCJD risk loci through the newly prioritized sCJD risk genes and mechanisms. These findings highlight the importance of glial cells, sulfatides and the excitatory neuron unfolded protein response in sCJD pathogenesis.

Autores: Simon H Mead, F. Kücükali, E. Hill, T. Watzeels, H. Hummerich, T. Campbell, L. Darwent, S. Collins, C. Stehmann, G. G. Kovacs, M. D. Geschwind, K. Frontzek, H. Budka, E. Gelpi, A. A. Aguzzi, S. J. van der Lee, C. M. van Duijn, P. P. Liberski, M. Calero, P. Sanchez-Juan, E. Bouaziz-Amar, J.-L. Laplanche, S. Haïk, J.-P. Brandel, A. Mammana, S. Capellari, A. Poleggi, A. Ladogana, M. Pocchiari, S. Zafar, S. Booth, G. H. Jansen, A. Areskeviciute, E. L. Lund, K. Glisic, P. Parchi, P. Hermann, I. Zerr, J. Safar, P. Gambetti, B. S. Appleby, J. Collinge, K. Sleegers

Última atualização: 2024-07-21 00:00:00

Idioma: English

Fonte URL: https://www.medrxiv.org/content/10.1101/2024.07.19.24310476

Fonte PDF: https://www.medrxiv.org/content/10.1101/2024.07.19.24310476.full.pdf

Licença: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

Alterações: Este resumo foi elaborado com a assistência da AI e pode conter imprecisões. Para obter informações exactas, consulte os documentos originais ligados aqui.

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