PI: Pawel Swietach, Professor de fisiologia, Departamento de Fisiologia, Anatomia & Genetics, Universidade de Oxford, Inglaterra
“Novo paradigma no alívio das consequências cardíacas da acidemia propiônica: desviando o excesso de propionato para o estoque de beta-alanina do coração”.
na primavera de 2023, O PAF concedeu uma nova bolsa de $50,000 for 6/1/2023-5/31/2024
O que os ratos PA podem nos dizer sobre novas formas de atenuar a toxicidade do propionato no coração?
Graças ao generoso apoio da Propionic Acidemia Foundation, nosso laboratório de pesquisa em Oxford, UK, juntou-se aos esforços globais para encontrar novos tratamentos para o propiônico
acidemia (PA). Tenho o prazer de informar que no início deste ano, nossa proposta para um projeto de continuação foi financiada. Em nome do meu grupo, Quero agradecer ao conselho do PAF e aos doadores pelo seu apoio.
Este artigo fornece algumas informações sobre nossas conquistas recentes e planos futuros. Nosso grupo se interessou por PA por volta 2015, quando percebemos que nosso
experiência em pesquisa cardíaca pode ajudar famílias afetadas pela PA. Como cientista, Acredito que nosso trabalho é um serviço à comunidade, e é, portanto, nossa obrigação chegar àqueles que podem se beneficiar do nosso conhecimento científico. Por muitos anos, estávamos estudando os efeitos da acidez no coração no contexto mais amplo das doenças cardíacas, como isquemia e hipertrofia. Raciocinamos que os próximos passos deveriam considerar o que acontece nas formas raras de acidose que surgem de distúrbios metabólicos hereditários. Entre as acidemias orgânicas, sentimos que podemos contribuir para o estudo da AF, porque o ânion orgânico que se acumula (propionato) teve ações poderosas junto com a acidez. Nós nos conectamos com CLIMB, uma associação sediada no Reino Unido que apoia famílias afetadas por erros inatos do metabolismo, entender como podemos usar nossa experiência para resolver algumas das questões urgentes que os pacientes com PA enfrentam. A CLIMB forneceu o financiamento inicial que iniciou a nossa pesquisa e nos colocou em contato com colegas do Great Ormond Street Hospital, onde muitas crianças afetadas por doenças raras recebem tratamento. O financiamento da CLIMB permitiu-nos recolher dados piloto, que serviu de base para uma proposta de projeto de pesquisa de doutorado. Um candidato a doutorado, Parque KC, assumiu esse projeto, apesar de todos os riscos percebidos associados ao estudo de doenças raras. KC empreendeu esforços heróicos para caracterizar os efeitos do propionato no coração. Os resultados foram promissores e decidimos fazer mais um investimento estratégico: trazendo um modelo de rato de PA para Oxford com a ajuda de Michael A. Barry nos EUA e Lourdes Desviat na Espanha. Esta conexão foi possível graças ao PAF! A manutenção de ratos é muito cara, mas o custo foi bem justificado com base na qualidade dos dados recolhidos pela KC.
O próximo marco foi a nossa colaboração com Tom Milne, professor de hematologia em Oxford, e Nick Crump, que agora é pesquisador independente em Londres.. Nós rapidamente
percebemos que nossas habilidades se encaixam e que podemos fazer descobertas importantes na área de AP. Foi assim que embarcamos em um projeto para estudar os efeitos do propionato nas estruturas baseadas em proteínas que sustentam o DNA.. Essas estruturas, chamadas histonas, regular a atividade dos genes, alternando-os entre um estado ‘ligado’ e ‘desligado’. Descobrimos que os ratos afetados pela PA sofrem alterações profundas nos genes que são relevantes para a contração cardíaca. portanto, mostramos que uma doença de um gene específico (here, codificação para propionil CoA carboxilase) causa uma miríade de alterações secundárias na expressão genética: um novo paradigma em doenças hereditárias. Os experimentos que estudam estruturas de DNA são complexos e caros, mas conseguimos
persegui-los com a ajuda do PAF.
Os esforços científicos são projetados para serem orientados por hipóteses, mas muitos (muitos?) descobertas surgem por acaso. Isto é tanto uma fonte de frustração, por causa do
percepção de que coisas boas acontecem por acaso, e excitação, porque quando as descobertas acontecem, eles trazem muita alegria. O meticuloso trabalho de laboratório de KC levou a uma descoberta surpreendente de que os corações dos camundongos PA machos são menos gravemente afetados do que os das fêmeas.. Isto é surpreendente porque ambos os sexos carregam o mesmo defeito genético. Achamos que isso é importante
porque sugere que os ratos machos devem ter algum tipo de mecanismo de proteção que falta nas fêmeas. Explorar este fenómeno natural pode constituir a base de novas terapias para pessoas afetadas pela AP. For example, se camundongos PA machos tiverem um meio de reduzir a toxicidade do propionato, queremos saber qual é esse mecanismo, e como podemos
implementá-lo em pacientes com PA.
Nossa descoberta surgiu comparando as respostas de expressão gênica ao PA em camundongos machos e fêmeas usando tecnologia chamada RNAseq. Este método conta o número de
‘mensagens’ emitidas por genes que instruem a célula a produzir proteínas. Algumas dessas mensagens são emitidas erroneamente porque codificam proteínas que não deveriam ser produzidas., ou são feitos na quantidade errada. Observamos que mudanças aberrantes no nível da mensagem foram mais prevalentes em camundongos fêmeas. Com Tom e Nick, nós conectamos isso à maneira como
propionato afeta quimicamente as histonas. Corações de camundongos fêmeas afetados por PA apresentaram níveis mais elevados da forma reativa de propionato, chamado propionil-CoA. Usando uma técnica chamada
imunoprecipitação da cromatina, descobrimos que camundongos fêmeas sofreram modificações químicas mais severas nas histonas, que faz com que seus corações se envolvam no
alterações de expressão gênica mencionadas acima. Consistente com essas mudanças fundamentais no nível molecular, descobrimos que a contração cardíaca foi comprometida de forma mais significativa em camundongos PA fêmeas.
Queríamos entender como os camundongos PA machos alcançam seu efeito protetor. Para endereçar isto, processamos nossas amostras para análise por nosso colega em Oxford, James
McCullagh. James fornece acesso a um método, chamada metabolômica, que mede todos os principais metabólitos no coração, e nos permite buscar padrões. Isso normalmente é muito
caro para operar, e somos gratos à sua equipe por nos dar tempo em sua configuração. Os dados de James confirmaram que os ratos fêmeas tiveram mudanças mais profundas nos metabólitos canonicamente
associado ao PA. Os mesmos dados revelaram algo intrigante: que uma classe específica de substância parece mais abundante nos homens do que nas mulheres. Ficamos surpresos porque
essas substâncias foram até agora consideradas bastante inertes. Contudo, medições adicionais mostraram que essas substâncias associadas ao homem estão longe de serem espectadores inertes: eles
pode explicar por que ratos machos têm um certo grau de proteção contra PA. Estas substâncias são, na verdade, um reservatório de aminoácidos que pode absorver o excesso de propionato. Isso significa que
os níveis de propionato podem ser amortecidos por esta “esponja” protetora e diminuir a carga da doença.
So far, apresentamos o trabalho em reuniões em Berlim e Budapeste. KC até ganhou um prêmio por sua palestra científica! Estamos agora preparando um manuscrito para publicação em uma revista científica
journal. Nosso próximo passo é estudar esse caminho com mais detalhes, primeiro em ratos, e depois em pacientes com AP. É assim que usaremos o financiamento do PAF. Nosso plano para o próximo ano é caracterizar esse sistema de buffer, e procurar formas de forçá-lo a operar a um ritmo acelerado, para que o propionato seja eliminado antes que possa causar danos. Este é um primeiro, mas necessário, passo para convencer a comunidade científica de que a nossa hipótese é válida e que se justificam novos esforços para procurar tratamentos baseados na ideia da “esponja de propionato”.. A razão pela qual estamos otimistas sobre isso, é porque o tampão propionato pode ser ativado por mudanças na dieta, em vez de terapia genética. Isto é importante porque nem todos os pacientes com PA se qualificam para terapia genética, mesmo em ensaios clínicos. Os tratamentos baseados na dieta muitas vezes têm um caminho rápido para aprovação pelas autoridades.
Last year, tivemos o prazer de iniciar um projeto com uma empresa sediada em Oxford chamada EVOX Therapeutics, que desenvolve formas de fornecer medicamentos às células usando pequenas partículas,
chamados exossomos, que são produzidos naturalmente pelo corpo. Apresentamos nossas ideias sobre PA, e a empresa ficou feliz em colaborar. Isso foi um avanço para nós, porque
o apoio da indústria é essencial para avançar a nossa investigação para o mercado. Felizmente, a maravilhosa equipe da EVOX tem apoiado incrivelmente nossas ideias. No futuro próximo, esperamos trazer boas notícias sobre melhores maneiras de entregar medicamentos diretamente onde são necessários em pacientes com PA.
Embora a noção de investigação como serviço faça parte do tecido que me torna um cientista, Também sou realista quanto aos desafios que enfrentamos para fazer a investigação funcionar.
A ciência é um esporte coletivo que depende de reter as pessoas mais brilhantes. Cientistas dedicam muitas horas no laboratório, enfrentando as perspectivas de muitas experiências fracassadas ladeadas por momentos de
euforia quando as coisas funcionam como esperado (ou melhor ainda… quando algo surpreendente acontece). Today, muitos dos nossos cientistas mais brilhantes não podem prosseguir as suas ambições porque
da falta de financiamento. Suas contribuições fazem a diferença. Mesmo que um projeto não cumpra o que promete no papel, ainda permitiu o mais alto nível de treinamento para
cientistas que continuarão buscando problemas oportunos que afetam nossa saúde e bem-estar. As doenças raras são, infelizmente, baixo na lista de prioridades de agências de financiamento nacionais e internacionais já sobrecarregadas. Organizações como o PAF desempenham um papel essencial no fornecimento de oportunidades de financiamento que de outra forma não existiriam. Esperamos que, ao sinalizar novas formas de pensar sobre AP, podemos atrair mais atenção dos principais financiadores para a área das acidemias orgânicas.
Graças aos valiosos esforços feitos pelas famílias do PAF, membros do conselho, volunteers, e doadores, esta pesquisa foi possível. Obrigado pelo seu apoio, e fiquei atento.
Não hesite em contactar-nos para mais informações.
Pawel Swietach
Professor de fisiologia
Departamento de Fisiologia, Anatomia &lificador; Genetics
Universidade de Oxford
