Leveduras, antidepressivos e membranas distorcidas

A investigação científica exige tanto uma apreço pela precisão e o rigor, como inventividade e aquilo que poderíamos chamar de serendipidade que consiste basicamente em tropeçar em alguma ‘pista’ (não antecipada), por puro acaso, mas ser capaz de reconhecer as potenciais implicações e a importância daquilo que foi achado por perspicácia e conhecimento prévio. Apesar de muitas vezes problemas psiquiátricos como a depressão serem apresentados como bem compreendidos do ponto de vista neurocientífico e psicofarmacológico a verdade é que ainda não entendemos muito bem tais fenômenos. Embora seja clara uma base biológica inferida por propensão familiar e pelo identificação com múltiplos sistemas de regulação do humor e de outros componentes de atenção e motivação, ao mesmo tempo estamos longe de identificarmos um simples desiquilíbrio químico de alguns neurotransmissores como querem alguns e como ainda ouvimos na mídia. O problema não está só no fato de existirem múltiplas variáveis psicossociais, emocionais e de personalidade, que tem forte dependência do contexto situacional e da cultura, mas também por que muitos dos estudos com tratamentos farmacológicos da depressão são muito curtos e outros atém trazem resultados ambíguos.

Um exemplo deste problema vem de uma das principais classes de fármacos atualmente utilizados no controle da depressão, os chamados ‘inibidores seletivos da recaptação de serotonina‘ (ISRS ou em Inglês SSRI), um neurotransmissor derivado do aminoácido triptofano e que está envolvido em vários sistemas neuroafetivos. Estas pequenas moléculas têm como seu mecanismo farmacodinâmico básico de ação, a inibição competitiva de um tipo particular de proteínas transmembrana que existe nas membranas de neurônios serotonérgicos que reabsorvem moléculas de serotonina, portanto, reduzindo as quantidades presentes na fenda sináptica e por isso diminuindo sua capacidade de estimulação dos receptores transmembrana do neurônio pós-sináptico, o que minimiza as chances de deflagração de potenciais de ação deste neurônio. A hipótese mais tradicional sobre como este tipo de mecanismo farmacodinâmico afetaria o humor dos pacientes envolve a ideia que os indivíduos depressivos possuíram níveis endógenos mais baixos desses transmissores, o que não se mostrou correto com o estudos posteriores ou que os receptores serotonérgicos eram diferentes ou pelo menos comportavam-se de modo diferentes, sendo menos estimulados pela moléculas agonista.

Na figura acima, está esquematizada a ação de inibidores seletivos da recaptação da serotonina (ISRS) em uma sinapse química, arte de computador. As sinapses químicas são as junções entre quaisquer dois nervos (à direita, azul) do sistema nervoso. Os ISRSs são uma classe de antidepressivos utilizados no tratamento da depressão, distúrbios de ansiedade, e algumas distúrbios de personalidade. Eles bloqueiam a recaptação da serotonina por parte da célula pré-sináptica e, por conseguinte, aumentam o nível extracelular que está disponível à célula pós-sináptica a jusante. Aqui a serotonina é representada como grânulos brancos que foram bloqueados de reentrarem na célula pré-sináptica pelo ISRS (vermelho), à esquerda. A serotonina é sintetizada nos lobos frontais do cérebro e controla o nosso humor.

Mas, além da incerteza associada a real causa neurofarmacológica da depressão, já muito no começo dos estudos clínicos, ficava claro que o simples mecanismo farmacodinâmico postulado não seria suficiente, pois apesar dos ISRS aumentarem os níveis de serotonina disponíveis na fenda sináptica, na imensa maioria dos casos em que resultados positivos são observados, isso ocorre de 2 a 4 semanas após o começo do tratamento. Sem dúvida algum tipo de modificação de longo prazo e talvez até de maior alcance, talvez envolvendo não só a distribuição e atividade dos receptores para a serotonina (quem sabe envolvendo neurogênese, inibição de apoptose, restruturação das sinapses e de certas redes de neurônios) devam acontecer, mas não está claro o que deva ser esta modificação. Além disso, outras classes de drogas como os inibidores tricíclicos de catecolaminas, estimuladores de neurônios adrenérgicos e serotonérgicos e, até mesmo, paradoxalmente, alguns fármacos que estimulam os recaptadores de serotonina (ou seja, fazem o oposto dos ISRS) podem apresentar resultados positivos contra a depressão em estudos clínicos controlados com melhor desempenho que os placebos.

Tudo isso fica ainda mais complicado quando fica claro que ainda não possuímos marcadores genéticos e bioquímicos (como níveis de neurotransmissores e hormônios circulantes) que consistentemente indiquem a depressão, o que faz aquilo que diagnosticamos como depressão na realidade algo bem heterogêneo do ponto de vista neurofarmacológico.

Em um artigo do PloS One um grupo de cientistas experimentando com a sertralina, um famoso ISRI em leveduras, um organismos unicelular e que não possui serotonina como modulador químico e muito menos receptores ou recaptadores para a mesma, podem ter esbarrado em alguma coisa nova. Os resultados são ainda muito preliminares e as implicações para o tratamento da depressão puramente especulativos e por enquanto carecem de quaisquer evidências adicionais. Porém, feitos esses importantes alertas e ressalvas, talvez, quem sabe, possamos estar tropeçando em um caso de serendipidade. É um tiro no escuro claro, mas que precisa ser bem avaliado.

O fato do sistema em questão não possuir nenhum dos alvos tradicionais dos ISRSs pode ser a vantagem, nos fazendo olhar com atenção para algo que talvez jamais suspeitássemos que os ISRSs podem na realidade agirem de uma maneira muito diferente em nós do que simplesmente alterando os níveis de serotonina disponíveis e por tabela o comportamento de receptores de membrana e de eventual reestruturação sináptica.

Os pesquisadores responsáveis pelo estudo do PloS One entre eles o farmacologista evolutivo, Ethan Perlstein conseguiram mostrar que ao fornecer uma pequena dose de sertralina radioativamente marcada as leveduras, as moléculas do fármaco acumulavam-se dentro das membranas plasmáticas das organelas celulares deste fungo unicelular. O acumulo nestas regiões preferenciais acabavam por provocar distorções na curvatura normal das membranas que parecia deflagra um processo de “controle de qualidade intracelular” que induzia a célula a se autodigerirem, um processo conhecido como autofagia.

Muitos antidepressivos como a sertralina quimicamente são moléculas anfipáticas catiônicas, que podendo, portanto, acumularem-se espontaneamente em membranas naturais ou reconstituídas, na ausência de qualquer proteína específica que funcione com um receptor alvo. No entanto, a relevância clínica deste tipo de acúmulo em membranas celulares por estes tipos de fármacos antidepressivos em nossos cérebros cérebro humano é desconhecida, sendo alvo de debate.

Os autores do trabalho adotaram uma abordagem mais amplos e nova, informada pela biologia evolutiva ao estudar os efeitos de inibidores da seletivos da recaptação serotonina , sertralina/Zoloft, usando como modelo o organismos eucarionte unicelular, Saccharomyces cerevisiae eucariota (levedura) que não possui qualquer trasportador de serotonina.

A figura acima mostra um curso de tempo do tratamento sertralina que revela indução precoce e persistente de autofagia e o aparecimento de aberrantes estruturas multilamelares.[Chen J, Korostyshevsky D, Lee S, Perlstein EO (2012) Accumulation of an Antidepressant in Vesiculogenic Membranes of Yeast Cells Triggers Autophagy. PLoS ONE 7(4): e34024. doi:10.1371/journal.pone.0034024]

No estudo os pesquisadores caracterizaram bioquimicamente e farmacologicamente a absorção celular e distribuição subcelular do fármaco sertralina radioativamente marcado, e em paralelo realizaram uma análise quantitativa ultra-estrutural da homeostase membranas de organelas em células não tratadas comparando-a com células tratadas com sertralina. Os experimentos descritos pelos cientistas, mostraram que a sertralina entra nas células das leveduras e, em seguida altera a forma das membranas vesiculogênicas por meio de um processo complexo que consistem na internalização de espécies neutras através da difusão simples, sendo acelerada por forças próton-motrizes gerados pelo vacuolar via H+-ATPase, mas que é contrabalançada pela de bombas energia- dependente de efluxo de xenobióticos. No equilíbrio, uma pequena fracção (10-15%) de sertralina re-protonada é solúvel, enquanto a maior parte (90-85%) particiona-se em membranas organelares por adsorção interfacial a sítios aniônicos ou por intercalação na fase hidrofóbica da bicamada.

Neste ponto a cumulação assimétrica de sertralina nas membranas vesiculogênicas leva a estresses de curvatura das membranas locais que desencadeiam uma resposta adaptativa autofágica. De acordo com os autores, em mutantes com a função da clatrina alterada, esta resposta adaptativa está associada com a formação aumentada de gotículas de lípidos. Os autores acrescentam, por fim, em seu resumo que os seus dados:

“… não só apoiar a noção de um componente independente de transportador de serotonina na função antidepressiva, mas também permitem um quadro conceptual para caracterizar os estados fisiológicos associados a administração crônica, mas não aguda, de antidepressivos em um eucarioto modelo.”

É bom deixar bem claro que não há evidências claras que algo assim ocorra em células do nosso sistema nervoso central provocado pelo acumulo de ISRSs dentro das células e nem de que este processo, caso ocorre-se, seria vantajoso ou danoso. Contudo, este tipo de alteração que depende do acumulo da molécula e que produz alterações celulares mais amplas pode ser exatamente aquilo que falta para compreendermos as ações deste e de outros tipos de agentes tidos como antidepressivos, explicando o atraso de até um mês para os primeiros sintomas de melhora.

Porém, sem dados que mostrem que essas moléculas acumulam-se desta maneira e induzem autofagia em células humanas, as possibilidades suscitadas por este experimento são somente especulações bastante grandes, especialmente por que, dado a distância filogenética de nós mamíferos para fungos unicelulares, como as leveduras – que exibem entre outras diferenças membranas muito diferentes e especializadas aos seus contextos ecológicos e evolutivos – devemos ter extremo cuidado ao explorar essa potencial explicação. Mas sem dúvida vale a pena olhar por aí.

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Referências:

  • Chen J, Korostyshevsky D, Lee S, Perlstein EO (2012) Accumulation of an Antidepressant in Vesiculogenic Membranes of Yeast Cells Triggers Autophagy. PLoS ONE 7(4): e34024. doi:10.1371/journal.pone.0034024 [Link]

  • Laura, Sanders Brain not required for antidepressant to act: Zoloft has unexpected effects in single-celled yeast Science News [Link]

Créditos das Figuras:

EQUINOX GRAPHICS/SCIENCE PHOTO LIBRARY

DAVID MACK/SCIENCE PHOTO LIBRARY

LAGUNA DESIGN/SCIENCE PHOTO LIBRARY

WELLCOME DEPT. OF COGNITIVE NEUROLOGY/ SCIENCE PHOTO LIBRARY

COLIN HAWKINS/SCIENCE PHOTO LIBRARY

About rodveras

I'm a biologist and science writer who loves philosophy and sciences.
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3 Responses to Leveduras, antidepressivos e membranas distorcidas

  1. Thanks for blogging about my lab’s PLoS ONE paper! How can I get a good English translation?

    • rodveras says:

      Thank you very much for commenting hear. Well, I can translate my post about your lab’s PloS One paper for you with pleasure. It wouldn’t be a really good English translation but I think it would be a reasonable one. The problem is I’ll be a bit busy these week and maybe the next one. So if you don’t mind to wait a little bit, I can send to you by e-mail soon.

      Best regards,

      Rodrigo

  2. Elina Sigalevich says:

    Very interesting paper! Please, send me an English translation too, if it possible. Thank you very much and hello from Russia! )

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