Genética e Resposta Imune na Dependência de Álcool

O Transtorno por Uso de Álcool (AUD) é um grande problema de saúde no mundo todo. Ele aumenta as chances de morte precoce e causa dificuldades no dia a dia. Tem várias razões pelas quais algumas pessoas desenvolvem AUD, incluindo a genética, que tem um papel importante. Pesquisas mostram que fatores genéticos podem explicar cerca de metade do motivo pelo qual algumas pessoas têm mais chances de desenvolver AUD do que outras. Essas influências genéticas são complexas e envolvem muitos genes diferentes.

Os Escores de Risco Poligênico (PRS) ajudam a resumir como as variações genéticas contribuem para o risco de um indivíduo ter doenças como o AUD. Embora o PRS para AUD possa indicar alguns dos riscos genéticos, ainda não está claro como eles impactam a função das células no corpo.

Em pessoas com AUD, o sistema imunológico e as vias de inflamação no cérebro costumam ser ativados. Estudos com amostras de cérebro post-mortem mostraram conexões entre respostas imunológicas e AUD. Certos genes que estão alterados em pessoas com AUD aparecem em vias relacionadas ao sistema imunológico. Interferons, que ajudam o corpo a lutar contra infecções, estão envolvidos de forma significativa quando alguém é exposto ao álcool por um longo tempo.

Estudos recentes usando células-tronco humanas mostraram que a exposição ao Etanol (o tipo de álcool encontrado nas bebidas) ativa o inflamassoma NLRP3, uma parte chave do sistema imunológico, nessas células. Microglia, que são as principais células imunológicas do cérebro, reagem a mudanças no ambiente. Elas conseguem mudar de forma e função com base no que percebem. As células microgliais são essenciais para controlar a inflamação, limpar células mortas e trabalhar de perto com os neurônios para influenciar a sinalização no cérebro.

Quando expostas ao etanol, as microglia se ativam, mudam de forma e mostram respostas imunológicas aumentadas em estudos com animais. Reduzir a atividade microglial pode diminuir comportamentos ligados à dependência de álcool e ajudar a restaurar algumas funções no cérebro que são afetadas pelo uso de álcool. Alguns cientistas acreditam que a maneira como as microglia podam sinapses (conexões entre neurônios) pode estar ligada a problemas de memória e à perda de conexões cerebrais devido ao uso prolongado de álcool.

Descobertas recentes sugerem que as microglia em roedores nem sempre refletem a biologia das microglia humanas, pois as microglia humanas expressam genes específicos que as microglia de roedores não têm. As microglia humanas podem ser criadas a partir de células-tronco pluripotentes induzidas (iPSCs). Essas células oferecem um bom modelo para estudar como as células imunológicas interagem com as células do cérebro.

Quando as microglia derivadas de iPSCs humanas são expostas a componentes do cérebro, elas mostram mudanças na expressão gênica. Essas mudanças estão alinhadas com assinaturas vistas nas microglia do cérebro humano, especialmente em condições que levam à neurodegeneração. Isso significa que as microglia derivadas de iPSC podem ajudar os pesquisadores a entender como doenças específicas afetam as funções celulares.

Embora as microglia sejam conhecidas por ter um papel no AUD, as maneiras exatas pelas quais a exposição ao etanol e o risco genético relacionado ao AUD interagem em humanos ainda não são totalmente compreendidas.

#Visão Geral do Estudo

Esse estudo tem como objetivo analisar como as células microgliais se comportam em relação ao risco genético de desenvolver AUD devido a diferentes escores de risco poligênico. Os pesquisadores criaram microglia a partir de linhas de iPSC humanas obtidas de participantes com alto PRS para AUD (HPRS) e baixo PRS (LPRS). Os participantes foram selecionados de um estudo maior sobre a genética da alcoolismo, que identificou vários mecanismos genéticos e moleculares por trás do AUD.

Oito participantes tinham AUD com um escore de risco alto (HPRS) e dez participantes tinham baixos scores de risco e nenhuma história de AUD (LPRS). Usar essas amostras oferece uma oportunidade única de estudar como genética e fatores ambientais, como o etanol, afetam as funções celulares. Como o PRS resume muitas variações genéticas, espera-se que haja muitas diferenças individuais nos resultados.

No estudo, as células microgliais humanas derivadas de iPSCs foram expostas ao etanol, e os pesquisadores notaram aumentos em certos marcadores imunológicos e mudanças na forma celular. Respostas distintas foram vistas entre as microglia de sujeitos com HPRS comparados àquelas com LPRS. Ao observar de perto a expressão gênica, diferenças foram encontradas entre as células microgliais HPRS e LPRS, especialmente em relação a processos Imunes e fagocíticos.

#Geração de Microglia

O primeiro passo do experimento envolveu gerar linhas de iPSC humanas a partir de linfócitos dos participantes. As linhas selecionadas foram validadas por sua capacidade de se transformar em vários tipos de células. Essas iPSCs foram então diferenciadas em progenitores de macrófagos primitivos (PMPs) e, mais tarde, amadurecidas em células microgliais.

Os PMPs derivados de iPSCs mostraram alta expressão de marcadores específicos que indicavam sua identidade como precursores de células imunes. Após confirmar as identidades desses PMPs, eles foram tratados com fatores específicos para ajudá-los a amadurecer completamente em microglia.

#Caracterização da Microglia

Os pesquisadores caracterizaram as microglia geradas por meio de uma série de testes para garantir que apresentassem características apropriadas de microglia. Eles usaram várias técnicas de imunocoloração para confirmar os marcadores específicos conhecidos por estar presentes nas células microgliais. Os resultados mostraram que a maioria dos PMPs se diferenciou com sucesso em microglia, mantendo a identidade de células microgliais humanas autênticas.

#Análise da Expressão Gênica Entre Microglia HPRS e LPRS

O estudo utilizou sequenciamento de RNA para comparar a expressão gênica em células microgliais dos grupos HPRS e LPRS. Os pesquisadores encontraram quase 2.000 genes que foram expressos de maneira diferente entre os dois grupos na ausência de etanol. Genes que estavam mais ativos nas microglia HPRS estavam ligados a processos associados à divisão celular e atividade de receptores. Enquanto isso, os genes menos ativos no grupo HPRS estavam principalmente conectados à sinalização imunológica.

Em termos de como as microglia reagem ao etanol, o estudo descobriu que tanto as microglia HPRS quanto LPRS mostraram expressão elevada de marcadores de ativação após a exposição ao etanol. Os pesquisadores analisaram de perto como as formas microgliais mudaram quando expostas ao álcool, utilizando ferramentas de software para avaliar alterações na complexidade e estrutura celular.

Após a exposição ao etanol, mudanças significativas na morfologia microglial foram observadas. As microglia HPRS exibiram uma maior transição para um estado associado à ativação imunológica em comparação com as microglia LPRS.

#Impacto do Etanol na Ativação Microglial

Para entender como o etanol afeta as microglia, os pesquisadores expuseram as células microgliais derivadas de iPSC ao etanol por vários dias. Eles descobriram que tanto as microglia HPRS quanto LPRS mostraram marcadores de ativação aumentados, significando que o etanol ativa consistentemente as células microgliais, independentemente do escore de risco genético.

Curiosamente, as mudanças na forma microglial foram mais pronunciadas nas células microgliais HPRS, sugerindo que o background genético pode influenciar as respostas celulares ao etanol.

#Mudanças Transcriptômicas Devidas à Exposição ao Etanol

Quando os pesquisadores analisaram as mudanças na expressão gênica causadas pela exposição ao etanol, viram um aumento em genes expressos diferencialmente em ambas as microglia HPRS e LPRS. No entanto, havia um número significativo de genes únicos que foram upregulados nas células microgliais HPRS após o tratamento com etanol, particularmente genes relacionados a processos imunes, como o processamento de antígenos.

As descobertas sugerem que a exposição ao etanol pode desencadear respostas imunes distintas em células microgliais, e essas respostas parecem depender de fatores de risco genético.

#Atividade Fagocítica das Microglia

A Fagocitose, o processo pelo qual as células engolem e digerem outras células ou partículas, também foi avaliada em microglia expostas ao etanol. Por meio de uma série de ensaios, os pesquisadores descobriram que as microglia HPRS mostraram atividade fagocítica aumentada após a exposição ao etanol em comparação com as microglia LPRS.

Esses resultados indicam que o background genético das microglia desempenha um papel em quão eficientemente elas podem eliminar substâncias nocivas, enfatizando ainda mais a ligação entre genética e função imunológica no contexto do AUD.

#Interações Entre Microglia e Neurônios

Para avaliar como as microglia afetam a função neuronal, os pesquisadores cultivaram neurônios humanos com microglia HPRS e LPRS. Durante essa fase, foi descoberto que neurônios expostos ao etanol mostraram atividade sináptica aumentada quando cultivados com microglia LPRS. No entanto, quando as microglia HPRS estavam presentes, elas pareciam mitigar a conectividade sináptica aumentada provocada pela exposição ao etanol.

Isso sugere que as microglia derivadas de indivíduos com maior risco genético para AUD podem desempenhar um papel em alterar a função e a conectividade sináptica em resposta ao consumo de álcool.

#Conclusão

Em resumo, o estudo mostra que tanto a genética quanto os fatores ambientais interagem para moldar o comportamento das células microgliais em indivíduos com riscos variados para AUD. As descobertas destacam diferenças críticas entre microglia de indivíduos com alto e baixo risco genético, sugerindo que o background genético influencia significativamente as respostas imunológicas e as atividades celulares no contexto do uso de álcool.

Mais pesquisas são necessárias para entender os mecanismos detalhados por trás dessas interações e como elas contribuem para o desenvolvimento e a progressão do AUD. Em particular, o papel das microglia na poda sináptica e na interação neuronal durante a exposição ao álcool continua a ser uma área vital para exploração futura. No final, entender esses processos pode levar a melhores tratamentos e intervenções para aqueles afetados pelo AUD.