Bioquimica do Envelhecimento

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<p>Conteúdo:</p><p>BIOQUÍMICA</p><p>SISTÊMICA</p><p>Débora Czarnabay</p><p>Bioquímica do</p><p>envelhecimento</p><p>Objetivos de aprendizagem</p><p>Ao final deste texto, você deve apresentar os seguintes aprendizados:</p><p>� Identificar as teorias envolvidas no processo de envelhecimento;</p><p>� Reconhecer o papel das espécies reativas de oxigênio na senescência</p><p>celular;</p><p>� Analisar doenças envolvidas no envelhecimento precoce.</p><p>Introdução</p><p>O envelhecimento sempre atraiu a curiosidade e foi objeto de milhares</p><p>de estudos e pesquisas que buscam desvendar seu mecanismo. Ele pode</p><p>ser definido, de forma ampla, como o declínio funcional dependente</p><p>do tempo e que afeta a maioria dos organismos vivos. Teorias como a</p><p>evolutiva, a telomérica, a mitocondrial e até teoria neuroendócrina foram</p><p>apresentadas para explicar como envelhecemos.</p><p>Neste capítulo, você vai conhecer as diferentes teorias relacionadas ao</p><p>processo de envelhecimento e compreender o que é senescência celular</p><p>e o papel das espécies reativas de oxigênio no ciclo celular. Além disso,</p><p>você vai conhecer um pouco sobre as doenças que aceleram o processo</p><p>de envelhecimento, as chamadas doenças do envelhecimento precoce.</p><p>Teorias do envelhecimento</p><p>O processo de envelhecimento é definido como “o acúmulo progressivo de</p><p>inúmeras alterações celulares e teciduais deletérias, que são responsáveis pelo</p><p>aumento do risco de doenças e morte” (HARMAN, 2003). Tirando a espécie</p><p>humana e alguns animais domésticos, você acha que é comum encontrar</p><p>animais idosos na natureza? Não é, pois, na natureza, os animais tendem a</p><p>morrer relativamente cedo, devido a fatores como predação, doenças, fome</p><p>ou seca. Portanto, é possível inferir que o processo de envelhecimento é quase</p><p>que exclusivamente pertencente aos humanos, pois, com o conhecimento e</p><p>consequente avanço das ciências biomédicas, podemos observar e estudar o</p><p>processo de senescência. O impacto direto e mais representativo desses avanços</p><p>científicos é observado pelo aumento da expectativa de vida da população.</p><p>O termo “expectativa de vida” se refere à média total de anos que se</p><p>espera que o ser humano sobreviva; já o “tempo de vida”, ou “longevidade”,</p><p>refere-se ao tempo máximo que um indivíduo pode sobreviver. Colocando</p><p>essa informação em prática, podemos dizer que a longevidade permaneceu</p><p>praticamente inalterada nos últimos cem mil anos, com uma média de, apro-</p><p>ximadamente, 125 anos de vida útil. Porém, a média de expectativa de vida,</p><p>em apenas um século, aumentou aproximadamente 27 anos em decorrência</p><p>de avanços científicos, erradicação de doenças infecciosas infantis, melhor</p><p>higiene pessoal, uso de antibióticos e vacinas.</p><p>Qual é a sua visão sobre o envelhecimento? Você considera envelhecer uma</p><p>doença ou apenas um processo fisiológico? A ciência estima que mesmo com</p><p>a eliminação de doenças com alto índice de mortalidade, tais como câncer e</p><p>doenças cardiovasculares, a expectativa de vida aumentaria apenas 15 anos</p><p>em relação ao que é esperado atualmente. Em outras palavras, nós não nos</p><p>tornaríamos imortais, a nossa vida apenas chegaria ao fim, mesmo sem a</p><p>presença de doenças.</p><p>A manifestação do processo de envelhecimento ao longo da vida é variável</p><p>entre os indivíduos e, por esse motivo, a busca pelo entendimento do processo</p><p>de envelhecimento deu origem a inúmeras definições e várias vertentes, cada</p><p>uma delas com características específicas. Porém, analisar o processo de</p><p>envelhecimento focando em apenas uma das diferentes teorias existentes é, de</p><p>certa forma, reducionista, ainda mais quando consideramos que mais de 300</p><p>teorias já foram propostas. Atualmente, acredita-se que o ato de envelhecer</p><p>é um processo complexo e multifatorial, no qual vários sistemas interagem e</p><p>operam simultaneamente.</p><p>A teoria evolutiva do envelhecimento preconiza que o processo ocorre</p><p>devido a uma redução da seleção natural. Essa teoria ganhou força na primeira</p><p>metade do século XX, quando Haldane, observando pacientes com a doença</p><p>de Huntington, levantou a hipótese de que esses indivíduos deveriam ser</p><p>selecionados naturalmente, não permanecendo na sociedade durante décadas.</p><p>Você pode estar se questionando sobre em que ponto a doença de Huntington,</p><p>a seleção natural e o tempo de permanência de vida se encontram. Indivíduos</p><p>Bioquímica do envelhecimento2</p><p>afetados pela doença de Huntington começam a apresentar sintomas após os</p><p>30-40 anos de idade, e foi esse motivo que levou Haldane à hipótese de que</p><p>a seleção natural estava reduzida, considerando o fato de que o portador do</p><p>gene poderia passar a mutação genética para seus filhos, levando a doença</p><p>adiante. Muito tempo antes disso, Charles Darwin explicou que a seleção</p><p>natural se aplica a organismos que morrem principalmente por predação ou</p><p>devido a riscos ambientais; dessa maneira, os animais que vivem em ambiente</p><p>protegido acabam vivendo mais tempo, atingindo seu período de vida máximo.</p><p>A respiração celular, que é a base para a produção de energia em todas as</p><p>células eucarióticas, resulta na geração de espécies reativas de oxigênio por</p><p>meio do vazamento de intermediários provenientes da cadeia de transporte</p><p>de elétrons. Nos anos 50, Harman elaborou a hipótese de que um processo</p><p>único, alterado por fatores genéticos e ambientais, resulta no acúmulo de</p><p>espécies reativas de oxigênio endógenas (ROS, Reactive Oxygen Species;</p><p>em português, pode ser conhecida pela sigla ERO), levando a um processo</p><p>denominado estresse oxidativo. Nos anos 70, o mesmo autor identificou a</p><p>mitocôndria como a organela celular responsável pela produção dos ROS e</p><p>os relacionou com o processo de envelhecimento, criando, então, a teoria dos</p><p>radicais livres. Harman também propôs que a longevidade está diretamente</p><p>relacionada com a taxa de produção de ROS, aumento do estresse oxidativo e</p><p>consequente dano celular. A relação entre o envelhecimento e o aumento do</p><p>estresse oxidativo pode ser consequência do desequilíbrio entre o aumento</p><p>da produção de ROS e a redução das defesas antioxidantes e, atualmente, é a</p><p>teoria mais plausível e aceita pela comunidade cientifica.</p><p>A teoria mitocondrial do envelhecimento defende que a perda de funções</p><p>fisiológicas atribuídas à senescência aparenta relacionar-se diretamente com</p><p>o acúmulo de defeitos em diversas vias metabólicas. A busca por quais com-</p><p>postos são acumulados resultou na teoria de que compostos com um rápido</p><p>turnover, tais como o RNA, proteínas e algumas macromoléculas não podem</p><p>ser incluídos nessa lista. Entretanto, o nosso DNA pode estar diretamente</p><p>ligado a esses processos, assim explicando o motivo pelo qual grande parte</p><p>das pesquisas realizadas na área do envelhecimento entende o DNA humano</p><p>como o grande vilão. As nossas células possuem apenas duas estruturas</p><p>que realizam o processamento do DNA: o núcleo e a mitocôndria. Ou seja, é</p><p>plausível que a integridade fisiológica do nosso organismo esteja diretamente</p><p>relacionada com o nosso DNA.</p><p>3Bioquímica do envelhecimento</p><p>O DNA mitocondrial é responsável por aproximadamente 2% do nosso</p><p>conteúdo genético, porém o seu efeito fisiológico é de extrema importância.</p><p>Apenas 2% e ainda ser extremamente importante? Existe uma explicação</p><p>relativamente simples sobre isso: o DNA mitocondrial está localizado em</p><p>locais próximos à produção de ROS, ou seja, é altamente suscetível ao efeito</p><p>das espécies reativas de oxigênio. É possível classificar a teoria mitocondrial</p><p>do envelhecimento como uma extensão da teoria dos radicais livres, tendo em</p><p>vista que o DNA mitocondrial é acumulado progressivamente ao longo da vida.</p><p>A teoria gênica do envelhecimento propõe que o envelhecimento é re-</p><p>sultado de alterações da expressão de genes. Já sabemos que vários genes se</p><p>expressam de formas diferentes ao longo da vida, porém é pouco provável</p><p>que apenas essas alterações “programadas” sejam responsáveis pelo processo</p><p>de envelhecimento.</p><p>A teoria do envelhecimento celular teve início em 1965, quando Hayflick</p><p>identificou o processo em culturas de células normais, nas quais foi possí-</p><p>vel determinar que as células apresentam um número limitado de divisões</p><p>celulares, servindo como base para a teoria telomérica do envelhecimento.</p><p>Os telômeros são sequências especializadas presentes no nosso DNA, mais</p><p>especificamente na região terminal dos cromossomos. Os telômeros são sin-</p><p>tetizados pela enzima telomerase que, por meio da adição de telômeros na</p><p>porção terminal dos cromossomos, mantém o seu comprimento estável. A perda</p><p>progressiva da telomerase ocasiona aumento de atrito nas regiões terminais</p><p>dos cromossomos, podendo levar a quebras e consequente translocação, fusão</p><p>ou rearranjo da sequência de DNA.</p><p>Alguns autores acreditam que a expressão da telomerase é fundamental</p><p>para que a célula seja imortal, tendo em vista que já foi evidenciado que</p><p>células imortais possuem telômeros estáveis, enquanto células mortais pos-</p><p>suem telômeros que gradativamente reduzem de tamanho a cada processo</p><p>de divisão celular. Esses achados, portanto, estabeleceram uma relação entre</p><p>a presença da enzima telomerase, a estabilidade cromossômica e a mortali-</p><p>dade celular. E quais são essas células imortais? Você acreditaria que elas</p><p>existem no nosso organismo? Por mais que isso pareça ter saído de um filme</p><p>de ficção científica, nós temos vários tipos diferentes de células imortais,</p><p>inclusive algumas altamente especializadas, tais como as células-tronco, as</p><p>germinativas e linfócitos T.</p><p>As nossas células ativamente realizam o processo de divisão celular e,</p><p>em cada processo, é necessário que uma pequena quantidade de DNA seja</p><p>Bioquímica do envelhecimento4</p><p>“perdida” de modo que, assim, os telômeros progressivamente ficam mais</p><p>curtos, eventualmente resultando no término da proliferação celular. Esses</p><p>dados indicam que o encurtamento do telômero e a redução da atividade da</p><p>enzima telomerase podem atuar como um potencial relógio molecular, res-</p><p>ponsável pela ativação do processo de envelhecimento. É importante citar que</p><p>os achados presentes na literatura ainda são muito novos e que ainda é muito</p><p>cedo para termos certeza de que os telômeros estão diretamente relacionados</p><p>com o processo de envelhecimento.</p><p>Atualmente, existem outras teorias sobre o processo de envelhecimento,</p><p>porém nenhuma delas já foi estudada e avaliada de maneira aprofundada.</p><p>Alguns autores acreditam que o processo de envelhecimento está relacionado</p><p>com eventos inflamatórios (teoria ou hipótese da inflamação) que ocorrem ao</p><p>longo da vida e que, em algum momento, o nosso organismo perde a capacidade</p><p>de lidar com o estresse celular ocasionado pela inflamação, tornando, assim,</p><p>as nossas células senis. É importante salientar que o processo inflamatório</p><p>também participa das outras teorias do envelhecimento, tais como o seu en-</p><p>volvimento com as espécies reativas de oxigênio e o dano oxidativo provocado</p><p>à célula e aos tecidos. Outros autores acreditam que o envelhecimento pode</p><p>ser explicado pela influência que o sistema imunológico exerce sobre o nosso</p><p>organismo. Entretanto, essa teoria se sobrepõe aos processos inflamatórios</p><p>supracitados, tendo em vista que a ativação do sistema imunológico geralmente</p><p>resulta na ativação de vias celulares de inflamação.</p><p>Outros cientistas postularam a teoria neuroendócrina do envelhecimento,</p><p>propondo que o processo de senescência é resultado de alterações das funções</p><p>neurais e endócrinas responsáveis pela manutenção da nossa capacidade de</p><p>responder a estímulos do meio externo, de reprodução e sobrevivência. Essas</p><p>alterações não apenas alteram os nossos neurônios, mas também a secreção de</p><p>hormônios responsáveis pelos processos de reprodução, crescimento, desen-</p><p>volvimento e adaptação ao estresse. Em outras palavras, podemos considerar</p><p>que o nosso organismo é um relógio que sofre várias alterações ao longo do</p><p>tempo, todas controladas por sinais neurais e endócrinos.</p><p>Há uma teoria que tenta explicar o processo de envelhecimento a partir</p><p>do acúmulo de “lixo” biológico que não foi completamente removido do</p><p>organismo, o que leva à senescência celular, chamada teoria de acúmulo de</p><p>resíduos. Devido à natureza estocástica das reações bioquímicas, incluindo</p><p>vias enzimáticas, há a possibilidade de que ocorram reações secundárias e,</p><p>conforme o grau de complexidade da rede bioquímica envolvida, um conjunto</p><p>5Bioquímica do envelhecimento</p><p>diferente de subprodutos será formado. Alguns subprodutos são facilmente</p><p>eliminados por degradação ou excreção, nas quais cada subproduto é quebrado</p><p>por uma enzima ou série de enzimas específicas, aumentando a variedade e</p><p>a complexidade da via. Essas vias são restritas aos compostos com proprie-</p><p>dades tóxicas, o que acaba permitindo o acúmulo de outros subprodutos nas</p><p>células. Por esse motivo, o único mecanismo capaz de diluir esses subprodutos</p><p>é a divisão celular, aplicado somente a células replicativas. Muitas células</p><p>perdem sua capacidade replicativa ou diminuem a velocidade de divisão</p><p>ao longo da vida, como os cardiomiócitos e os neurônios cerebrais, o que</p><p>leva ao acúmulo de resíduos metabólicos. Sendo assim, o desafio para um</p><p>organismo multicelular é como gerenciar esse acúmulo que, eventualmente,</p><p>afeta o funcionamento celular. Um dos subprodutos do metabolismo celular</p><p>é a lipofuscina, uma substância de material não degradável (constituída de</p><p>fosfolipídios e proteínas) que se acumula nos lisossomos, sendo utilizada na</p><p>patologia como teste indicativo de tempo de vida celular devido à sua coloração</p><p>característica (castanho-dourado).</p><p>Seguindo na mesma teoria de acúmulo de resíduos metabólicos, as proteínas</p><p>ligadas ao açúcar espontaneamente modificadas (principalmente a glicose)</p><p>podem ser incluídas na lista. A reação de glicação envolve a interação entre</p><p>grupos amino de lisina e grupos aldeído de glicose mediante a reação com</p><p>uma base de Schiff, seguida de um rearranjo da ligação dupla entre C=N,</p><p>chamada de produtos de Amadori, e produção de diversos produtos finais</p><p>de glicação avançada (AGEs; por exemplo, glicosepana). As modificações</p><p>que ocorrem nessas moléculas permitem a formação de ligações cruzadas e</p><p>a formação posterior dos AGEs que, quando acumulados nas células, estão</p><p>relacionados ao fenótipo do envelhecimento e podem ocasionar as doenças</p><p>relacionadas à idade. O principal efeito da glicação espontânea é prejudicar a</p><p>elasticidade, que é propriedade essencial para os vasos sanguíneos, além de</p><p>afetar o funcionamento proteico.</p><p>Concluindo, o processo de envelhecimento é discutido por várias vertentes</p><p>teóricas, mas nenhuma já está suficientemente avançada para explicar todos</p><p>os processos que ocorrem no nosso organismo durante esse processo. Temos</p><p>que nos questionar sobre o que é mais relevante: achar uma cura para o en-</p><p>velhecimento? Compreender o que é envelhecer e como isso ocorre, assim</p><p>tornando possível aceitar que envelhecer é um processo natural? E, por fim,</p><p>o que é mais necessário: curar ou aumentar a qualidade de vida?</p><p>Bioquímica do envelhecimento6</p><p>Você sabe como o DNA é formado?</p><p>A informação genética é armazenada em uma sequência linear de nucleotídeos no DNA.</p><p>Cada molécula de DNA corresponde a uma dupla-hélice (estrutura tridimensional) formada</p><p>por duas fitas que são complementares e antiparalelas de nucleotídeos (a orientação</p><p>da polaridade de uma fita deve ser oposta à outra fita), que são unidos por ligações de</p><p>hidrogênio entre os pares de bases (G-C e A-T) – o pareamento permite um rearranjo</p><p>energético mais favorável. Para que a duplicação da informação genética ocorra, é necessário</p><p>que uma das fitas de DNA seja usada como molde para formar uma fita complementar.</p><p>O DNA de um organismo possui a informação genética que contém as instruções</p><p>necessárias para todas as moléculas de RNA e proteínas que serão sintetizadas, assim</p><p>compondo o genoma do organismo em questão. Nas células dos organismos eucariotas</p><p>(como os seres humanos), o DNA fica localizado no núcleo, que é envolto por uma</p><p>membrana nuclear (envelope nuclear).</p><p>O papel mais importante do DNA é carregar os genes,</p><p>que têm como função principal</p><p>conter a informação capaz de especificar cada molécula de RNA e cada proteína do</p><p>organismo (ALBERTS, 2017).</p><p>Senescência celular e as espécies</p><p>reativas de oxigênio</p><p>A senescência celular é um processo no qual as células param de se dividir</p><p>e passam por alterações fenotípicas distintas, tais como algumas mudanças</p><p>profundas de cromatina e secretoma (conjunto total de moléculas orgânicas e</p><p>elementos inorgânicos secretados por células, tecidos, órgãos e organismos),</p><p>além da ativação dos supressores tumorais. Há mais de cinco décadas, Leonard</p><p>Hayflick e Paul Moorhead introduziram pela primeira vez o termo “senescên-</p><p>cia celular” após descobrirem que fibroblastos humanos normais tinham uma</p><p>capacidade finita de proliferação em cultura celular, o que os fez pensar numa</p><p>possível causa para o envelhecimento. Essa propriedade das células normais</p><p>se opõe ao comportamento das células cancerosas, que apresentam capacidade</p><p>indefinida de proliferação. Para tanto, esse tipo particular de senescência, cha-</p><p>mada de senescência replicativa, foi relacionada ao desgaste de telômeros após</p><p>extensa proliferação na ausência de atividade da enzima telomerase, levando</p><p>à instabilidade cromossômica e promovendo a tumorigênese, o que apoia a</p><p>7Bioquímica do envelhecimento</p><p>hipótese de que a senescência protege contra o crescimento irrestrito das célu-</p><p>las danificadas. Anos mais tarde, outros estudos reforçaram a importância do</p><p>processo de senescência celular como uma possível proteção contra o câncer.</p><p>Mas a senescência celular vai muito além desse único papel, tendo relevância</p><p>fisiológica em outros processos, tais como o desenvolvimento embrionário, a</p><p>reparação de tecidos, a cicatrização de feridas e o envelhecimento organizacional.</p><p>As células senescentes podem ser distinguidas de outras células não divisoras</p><p>(como, por exemplo, as células quiescentes ou terminalmente diferenciadas) por</p><p>meio de vários marcadores e alterações morfológicas. Algumas características</p><p>encontradas nessas células incluem a ausência de marcadores de proliferação celu-</p><p>lar, a presença da atividade de β-galactosidase associada à senescência (SAβGAL),</p><p>a expressão de supressores de tumores e inibidores do ciclo celular, além de</p><p>marcadores de danos ao DNA, focos nucleares de heterocromatina constitutiva e,</p><p>ainda, a secreção de algumas moléculas de sinalização. Apesar de os marcadores</p><p>não serem totalmente específicos ou presentes em todos os tipos de senescência,</p><p>as células senescentes são capazes de expressar a maioria desses marcadores.</p><p>Há pouco mais de dez anos, pesquisas demonstraram que a senescência</p><p>tem tanto papeis benéficos quanto papeis prejudiciais para a saúde dos seres</p><p>humanos. A indução transitória do estado de senescência da célula seguida</p><p>de remodelação tecidual é benéfica, pois contribui para o mecanismo de</p><p>eliminação de células danificadas pelo organismo. Já o estado de senescência</p><p>persistente ou a incapacidade de eliminar as células senescentes se tornam</p><p>prejudiciais para o organismo. Sendo assim, o principal objetivo biológico da</p><p>senescência é eliminar as células indesejadas ou danificadas, processo que</p><p>é semelhante à apoptose (morte celular programada). Os mecanismos mais</p><p>importantes para eliminar células danificadas são a apoptose e a senescência.</p><p>A atuação desses dois mecanismos é crucial no processo de envelhecimento</p><p>e no câncer, pois ambos são caracterizados pelo acúmulo de danos celulares.</p><p>Logo, a senescência é uma barreira importante para evitar a progressão do</p><p>câncer, e essas células senescentes se acumulam ao longo da vida.</p><p>O número de estímulos que induzem a senescência está constantemente</p><p>aumentando, assim como o envolvimento de diversos mecanismos. Esses meca-</p><p>nismos são sinalizados a partir de várias vias, principalmente as vias contendo</p><p>p53 ativada, que é uma proteína codificada pelo gene TP53, em humanos, e</p><p>pelo gene Trp53, em camundongos. Todas essas vias convergem para a ativação</p><p>de inibidores da ciclina-dependente de cinase (CDK, ciclin-dependent kinase),</p><p>como p16 (também conhecida por INK4A), p15 (ou INK4B), p21 (ou WAF1) e</p><p>p27. Tal inibição da ciclina-CDK resulta em uma parada proliferativa, sendo</p><p>que o componente crucial responsável pela implementação da senescência é</p><p>Bioquímica do envelhecimento8</p><p>a RB (supressor de tumor) em sua forma hipofosforilada. A senescência pode</p><p>ser provocada por múltiplos gatilhos e mediante diversas vias de ativação. Os</p><p>principais mecanismos envolvidos na senescência induzida pelo dano incluem</p><p>senescência replicativa, senescência induzida pelo dano ao DNA, senescência</p><p>induzida pelo estresse e senescência induzida por oncogene.</p><p>A senescência celular induzida pelo dano ao DNA inclui o mecanismo rela-</p><p>cionado na teoria do encurtamento do telômero comentado anteriormente. Já a</p><p>senescência induzida pelo estresse está particularmente relacionada aos níveis</p><p>de ROS. Os níveis de ROS aumentam após diversos tipos de estresse, como, por</p><p>exemplo, as drogas quimioterápicas utilizadas no tratamento contra o câncer, perda</p><p>das funções protetivas do telômero, danos ao DNA e ativação de oncogenes. A</p><p>importante relação do estresse oxidativo para o processo de senescência celular</p><p>foi demonstrada pelo sucesso de diferentes tratamentos com antioxidantes na</p><p>prevenção ou retardo da senescência. Pensando na via de ativação, um aumento</p><p>do nível intracelular de ROS induzido pela cascata RAS-RAF-MEK-ERK ativa a</p><p>proteína MAPK p38, a qual provoca um aumento da atividade transcricional da p53</p><p>e regula “para cima” a p21, ou seja, aumenta a expressão de p21. Já a senescência</p><p>induzida pelos oncogenes ocorre in vivo e acaba servindo como um freio durante</p><p>os estágios iniciais da tumorigênese. As células normais respondem à ativação de</p><p>diversos oncogenes por sofrer senescência celular.</p><p>Quando você ouve falar de espécies reativas de oxigênio (ROS), geralmente</p><p>pensa em oxidantes e, depois, em antioxidantes e seus efeitos sobre a saúde. Os</p><p>efeitos dos antioxidantes são muito estudados por diversos grupos de pesquisa,</p><p>incluindo a ação sobre o envelhecimento. Mas o que são as espécies reativas de</p><p>oxigênio? As espécies reativas de oxigênio são compostas por uma família de</p><p>moléculas altamente reativas, que incluem os radicais livres de oxigênio (como o</p><p>ânion Superóxido O2), o radical hidroxil (OH) e derivados de oxigênio não radicais</p><p>(peróxido de hidrogênio estável, H2O2). Os radicais superóxido reagem para formar</p><p>outras espécies reativas de oxigênio (ROS), tais como peróxidos de hidrogênio e</p><p>radicais hidroxil, que acabam interagindo com as chamadas espécies reativas de</p><p>nitrogênio (RNS, Reactive Nitrogen Species), produzindo efeitos similares aos das</p><p>ROS no organismo. Você já leu que as mitocôndrias são responsáveis pelo processo</p><p>de respiração celular que promove a produção de energia. Durante a respiração</p><p>celular, o oxigênio passa por diversos estágios de redução, produzindo o radical</p><p>superóxido (O2-) e peróxido de hidrogênio. Normalmente, tais moléculas de ROS</p><p>permanecem ligadas ao citocromo c oxidase até que a redução do oxigênio em</p><p>água esteja devidamente finalizada. Entretanto, as moléculas de oxigênio podem,</p><p>ocasionalmente, formar algumas espécies de superóxido por meio da reação</p><p>com componentes reduzidos da cadeia transportadora de elétrons, levando ao</p><p>9Bioquímica do envelhecimento</p><p>acúmulo de ROS, os quais são potentes indutores de dano oxidativo para qualquer</p><p>molécula. Sendo assim, acredita-se que um processo de transferência de elétrons</p><p>ineficiente na cadeia respiratória mitocondrial seja a principal fonte de ROS. Os</p><p>ROS também podem ser originados a partir de metais exógenos, radiação, agentes</p><p>quimioterápicos, etc. Além disso, a expressão aumentada de moléculas de catalase</p><p>e peroxiredoxina-1 é considerada um possível marcador de estresse oxidativo.</p><p>Figura 1. As espécies reativas de oxigênio (ROS) são subprodutos tóxicos de uma</p><p>vida em um ambiente aeróbio. (A) São encontrados diversos</p><p>tipos de ROS em</p><p>células vivas; (B) Geração do radical hidroxil pela reação de Fenton; (C) Geração</p><p>do radical hidroxi pela reação de Haber-Weiss.</p><p>Fonte: Rodwell et al. (2017, p. 758).</p><p>Como tudo no organismo, há uma necessidade de equilíbrio entre os meca-</p><p>nismos oxidantes e antioxidantes, o que leva a uma modulação da produção e</p><p>inativação de ROS em condições fisiológicas e patológicas. Os seres humanos</p><p>Bioquímica do envelhecimento10</p><p>possuem alguns antioxidantes endógenos, tais como enzimas da família da</p><p>catalase, grupo glutationa, superóxido dismutase (SOD), que atuam con-</p><p>juntamente com os antioxidantes exógenos (glutationa reduzida, carotenos,</p><p>vitaminas C e E), constituindo o sistema desintoxicante.</p><p>De fato, a senescência celular replicativa é considerada uma marca de</p><p>envelhecimento. Isso pode ser explicado por dois motivos principais: (1) as</p><p>células senescentes são capazes de se acumular nos tecidos (com base em taxa</p><p>e proporção) diretamente proporcionais à idade; (2) a senescência das células</p><p>promove aumento da velocidade do efeito de diminuição da regeneração</p><p>tecidual relacionada à idade, ocorrendo mediante a depleção nas células proge-</p><p>nitoras e nas células-tronco. Por outro lado, a sequência de parada proliferativa</p><p>(senescência), o recrutamento de células imunes fagocitárias (depuração) e</p><p>a promoção de regeneração/renovação tecidual (regeneração) resultam em</p><p>efeitos benéficos ao tecido que foi danificado; em contrapartida, a sequência</p><p>pode ser completada de forma ineficiente em tecidos de indivíduos idosos,</p><p>fazendo com que as células senescentes acumulem cronicamente.</p><p>Na técnica de cultura in vitro, o processo de senescência celular geralmente é acompa-</p><p>nhado de alterações morfológicas (células grandes, planas, vacuolizadas e, muitas vezes,</p><p>multinucleadas), mas tais alterações não ocorrem nas células senescentes in vivo. Existem</p><p>diversas moléculas marcadoras que, quando usadas em combinação, podem ser aceitas</p><p>para definir quando há senescência tanto em células cultivadas quanto em tecidos. O</p><p>ensaio mais amplamente utilizado para a senescência é a detecção histoquímica da ati-</p><p>vidade da β-galactosidase em pH 6,0, que é conhecida como β-galactosidase, associada</p><p>à senescência (SAβGAL). Esse teste se baseia no aumento do conteúdo lisossômico das</p><p>células senescentes, permitindo a detecção de βGAL lisossomal. O aumento do conteúdo</p><p>lisossômico, provavelmente, reflete o aumento da autofagia pelas células senescentes.</p><p>Já que a senescência celular é baseada em uma parada estável do ciclo celular, deve</p><p>haver ausência de marcadores proliferativos, como a proteína Ki67 ou a incorporação de</p><p>5-bromodesoxiuridina (BrdU). Outros marcadores clássicos de senescência compreendem</p><p>p16, ARF, p53, p21, p15, p27 e RB hipofosforilado.</p><p>Outro ponto importante nas células senescentes é a presença de focos de heterocromatina,</p><p>conhecidos como focos heterocromáticos associados à senescência (SAHF). Os focos</p><p>apresentam características como a trimetilação em Lys9 da histona 3 (H3K9me3), homólogo</p><p>da proteína 1 da heterocromatina -γ (HP1γ) e macroH2A. Além disso, as células senescentes</p><p>são capazes de secretar uma série de fatores extracelulares, tais como o fator de crescimento</p><p>semelhante à insulina 1 (IGF1), o fator de crescimento transformante-β (TGFβ), o inibidor 1 do</p><p>ativador do plasminogênio (PAI1), citocinas e quimiocinas inflamatórias que podem reforçar</p><p>e propagar a senescência de maneira autócrina e parácrina (MUÑOZ-ESPÍN; SERRANO, 2014).</p><p>11Bioquímica do envelhecimento</p><p>Doenças do envelhecimento precoce</p><p>O envelhecimento é um processo gradual de deterioração funcional nas células</p><p>e no organismo como um todo. Grande parte das mortes nos seres humanos é</p><p>atribuída às doenças crônicas associadas ao envelhecimento, tais como doença</p><p>cardíaca, diabetes, doença pulmonar obstrutiva crônica (DPOC), acidente</p><p>vascular cerebral (AVC), doença de Alzheimer (DA), doença renal crônica e</p><p>câncer. Apesar de o envelhecimento ser um dos maiores fatores de risco para</p><p>o desenvolvimento dessas doenças, o mecanismo pelo qual isso ocorre ainda</p><p>não está completamente elucidado.</p><p>O estudo do envelhecimento humano foi facilitado depois das desco-</p><p>bertas sobre possíveis mutações genéticas que causavam as síndromes do</p><p>envelhecimento prematuro. Dentre as diversas síndromes descobertas, as</p><p>mais prevalentes são a síndrome de Hutchinson-Gilford (HGPS, Hutchin-</p><p>son-Gilford Progeria Syndrome) e a síndrome de Werner atípica, que são</p><p>causadas por defeitos genéticos em proteínas do envelope nuclear. Outras</p><p>síndromes causadas por defeitos nas proteínas de reparação e manutenção</p><p>do DNA incluem a síndrome de Werner clássica, a síndrome de Cockayne,</p><p>a disqueratose congênita, o xeroderma pigmentoso, a síndrome de Bloom, a</p><p>tricotiodistrofia e a ataxia telangiectasia (ou síndrome de Louis-Bar). Essas</p><p>síndromes podem ser classificadas em duas categorias principais conforme a</p><p>extensão de comprometimento, afetando múltiplos órgãos e tecidos (síndro-</p><p>mes progeroides segmentares) ou um único órgão (síndromes progeroides</p><p>unimodais). Nas síndromes progeroides segmentares, estão incluídas a HGPS,</p><p>a síndrome de Werner, a ataxia telangiectasia, a disqueratose congênita e a</p><p>síndrome de Bloom. Já as síndromes unimodais incluem a doença de Alzhei-</p><p>mer familiar, a doença de Parkinson familiar e a polipose familiar atenuada.</p><p>Todas as alterações celulares presentes nessas síndromes e em modelos de</p><p>envelhecimento humano prematuro, tais como a instabilidade genômica e</p><p>proteômica, alterações no metabolismo, perda de potencial regenerativo,</p><p>acabam sobrepondo-se às alterações que ocorrem normalmente, ou seja,</p><p>fisiologicamente, ao longo do envelhecimento dos seres humanos. Embora</p><p>existam esses pontos em comum, as síndromes do envelhecimento precoce,</p><p>também chamadas de síndromes progeroides, representam apenas alguns</p><p>aspectos do processo de envelhecimento fisiológico normal. Para um melhor</p><p>entendimento, a síndrome de Hutchinson-Gilford (HGPS), também conhecida</p><p>como progéria, será utilizada como paradigma para mostrar a interação entre o</p><p>envelhecimento prematuro, envelhecimento fisiológico e as doenças associadas</p><p>ao envelhecimento. Essa síndrome é uma das mais caracterizadas, pois exibe</p><p>Bioquímica do envelhecimento12</p><p>uma variedade de defeitos celulares e teciduais que são compartilhados com</p><p>as doenças associadas ao envelhecimento.</p><p>A HGPS é uma doença muito rara do envelhecimento prematuro e afeta um</p><p>em cada quatro a oito milhões de recém-nascidos. Em indivíduos portadores</p><p>da síndrome, as características clínicas se manifestam logo após o nascimento,</p><p>incluindo perda de gordura subcutânea, perda da musculatura esquelética,</p><p>alopecia de corpo inteiro, rigidez articular, distrofia das unhas, enrugamento da</p><p>pele, perda da visão, enfraquecimento da estrutura óssea e ainda calcificações</p><p>subcutâneas. As crianças com a HGPS apresentam características fenotípicas</p><p>comuns, tais como olhos proeminentes, nariz muito fino, lábios finos, queixo</p><p>pequeno. Devido ao endurecimento dos tecidos dos vasos, há uma chance</p><p>aumentada do desenvolvimento de aterosclerose e doenças relacionadas, como</p><p>acidente vascular cerebral e complicações cardíacas. Geralmente, a progéria é</p><p>causada por uma mutação heterozigótica silenciosa (G608G) no gene LMNA.</p><p>Esse gene é responsável pela produção de laminina A, uma proteína estrutural</p><p>nuclear que é um componente essencial para o envelope nuclear (membrana em</p><p>volta do núcleo da célula). A mutação do gene LMNA promove a produção de</p><p>uma versão anormal da laminina A, chamada de progerina. A progerina torna</p><p>o envelope nuclear instável e, progressivamente, acaba danificando o núcleo</p><p>da célula. A laminina A é processada pós-tradução mediante a clivagem da</p><p>região C terminal pela protease prenil CAAX 1 homóloga (codificada pelo</p><p>gene ZMPSTE24), liberada na sua forma madura, e, então, deslocada pela</p><p>estruturação nos filamentos intermediários, que são incorporados na lâmina</p><p>nuclear</p><p>e, em seguida, no interior nuclear. Já a forma aberrante da laminina</p><p>A, ou seja, a progerina, causa a remoção de aproximadamente 50 aminoácidos</p><p>na região que contém o sítio de reconhecimento para o ZMPSTE24. Como</p><p>resultado, a progerina se acumula na periferia do núcleo e rompe as proprie-</p><p>dades mecânicas e químicas da lâmina nuclear.</p><p>O surgimento precoce das possíveis falhas/defeitos do envelhecimento em</p><p>pacientes com a síndrome de Hutchinson-Gilford pode ser, de certa forma,</p><p>atribuído ao modo dominante-negativo da ação da progerina, enquanto as</p><p>outras síndromes progeroides são geralmente associadas aos defeitos genéticos</p><p>recessivos, resultando na perda da função das proteínas de reparo ao DNA,</p><p>as quais podem ser compensadas pela ação de rotas alternativas de reparo.</p><p>Sendo assim, os indivíduos com progéria apresentam uma ampla gama de</p><p>danos teciduais, diferentemente dos indivíduos com as demais síndromes</p><p>progeroides associadas aos danos no reparo de DNA, que tipicamente são</p><p>relacionados à alta predisposição ao câncer e a doenças neurodegenerativas.</p><p>13Bioquímica do envelhecimento</p><p>O genoma humano está sob contínuo ataque por injúrias que danificam</p><p>o DNA e ameaçam a homeostase celular, mas o organismo consegue manter</p><p>um equilíbrio por meio de mecanismos de proteção cromossômica e reparo de</p><p>danos ao DNA. Várias vias de reparo de danos são responsáveis por manter</p><p>a integridade do genoma; dentre elas, estão as vias de reparo de excisão de</p><p>nucleotídeos (NER), que reparam o dano do DNA de uma cadeia, e as vias</p><p>de reparação na junção final não homóloga propensa a erros (NHEJ), que</p><p>reparam as rupturas de cadeia-dupla (DSBs) (promovem grandes rearranjos</p><p>cromossômicos que ameaçam a sobrevivência celular). Ao longo da vida, os</p><p>mecanismos de reparo ao dano do DNA declinam, levando à deterioração</p><p>celular. Se você pensar no processo normal de envelhecimento e nas doenças</p><p>associadas, talvez identifique diversos pontos em comum com as síndromes</p><p>progeroides. Na HGPS, a ativação crônica da sinalização do dano ao DNA</p><p>resulta em um aumento no número de DSBs (double-strand breaks, ruptura</p><p>de cadeia dupla do DNA) induzido por replicação e seu reparo defeituoso.</p><p>Além disso, os fenótipos progeroides do xeroderma pigmentoso, da síndrome</p><p>de Cockayne e da tricotiodistrofia são causados por alterações nas proteínas</p><p>NER, e os fenótipos da ataxia telangiectasia e das síndromes de Bloom e</p><p>Werner são provocados por alterações no reparo de DSBs.</p><p>Quer saber mais sobre envelhecimento? Acesse o link a</p><p>seguir e veja o que acontece quando o cérebro envelhece</p><p>(UHNTORONTO, 2014).</p><p>https://goo.gl/kKssBK</p><p>A síndrome de Werner também está entre as mais conhecidas progérias</p><p>e representa o modelo mais estudado de doença do envelhecimento precoce</p><p>em adultos. Usualmente, os indivíduos com a síndrome de Werner têm uma</p><p>expectativa de vida mediana (em torno de 47-54 anos), desenvolvem-se normal-</p><p>mente até a puberdade, quando param de crescer, e as manifestações clínicas</p><p>Bioquímica do envelhecimento14</p><p>https://goo.gl/kKssBK</p><p>iniciam na segunda década de vida, incluindo osteoporose, perda de gordura</p><p>subcutânea, diminuição da fertilidade, úlceras na pele, catarata, calcificação</p><p>cardíaca, etc. Todos esses sinais clínicos são semelhantes aos sinais e doenças</p><p>associadas ao envelhecimento fisiológico. É um distúrbio autossômico recessivo</p><p>raro que afeta um em cada 100.000 indivíduos, sendo resultado da deficiência</p><p>da proteína WRN, que é uma helicase RecDNA envolvida no reparo do DNA,</p><p>recombinação do DNA e manutenção do telômero.</p><p>A ataxia telangiectasia também é um distúrbio autossômico recessivo que</p><p>causa o desenvolvimento de degeneração cerebelar progressiva, além de anor-</p><p>malidades cutâneas, alto risco de neoplasias, imunodeficiência. Essa doença</p><p>está relacionada a mutações no gene ATM, que tem papel muito importante</p><p>na sinalização dos danos e reparo ao DNA e manutenção do telômero. Os</p><p>indivíduos com ataxia apresentam células com desgaste do telômero bem</p><p>pronunciado, senescência celular precoce e instabilidade cromossômica.</p><p>Sendo assim, os danos celulares ocasionados pelo envelhecimento e pelas</p><p>doenças do envelhecimento precoce se interconectam e incluem a diminuição</p><p>da eficiência da via de reparo ao DNA, perda da integridade genômica, perda</p><p>global da heterocromatina, alterações na sinalização metabólica, aumento da</p><p>formação das espécies reativas de oxigênio pelas mitocôndrias e ativação das</p><p>vias de senescência celular.</p><p>Algumas doenças crônicas associadas ao envelhecimento:</p><p>� Doença de Alzheimer: doença crônica neurodegenerativa caracterizada por demên-</p><p>cia, desorientação, mudanças de humor, perda de apetite, inabilidade de coordenar</p><p>movimentos, perda de memória. As formas familiares da doença de Alzheimer são</p><p>causadas pela mutação na proteína precursora amiloide (APP) e presenilinas 1 e</p><p>2, que aumentam a produção do produto clivado do APP chamado β-amiloide.</p><p>� Aterosclerose: doença vascular caracterizada pelas artérias enrijecidas e que calcificam</p><p>pelo acúmulo de placas de colesterol, obstruindo o fluxo sanguíneo. As placas</p><p>provocam uma diminuição das células musculares lisas vasculares, deixando o vaso</p><p>propenso a rupturas e podendo, inclusive, ocasionar um acidente vascular cerebral.</p><p>� Osteoporose: perda de massa óssea devido a um desequilíbrio entre a formação do</p><p>osso e os processos de reabsorção óssea (envolvimento do cálcio).</p><p>Fonte: Kubben e Misteli (2017).</p><p>15Bioquímica do envelhecimento</p><p>ALBERTS, B. Biologia Molecular da Célula. 6. ed. Porto Alegre: Artmed, 2017.</p><p>KUBBEN, N.; MISTELI, T. Shared molecular and cellular mechanisms of premature</p><p>ageing and ageing-associated diseases. Nature Reviews Molecular Cell Biology, London,</p><p>v. 18, n. 10, p. 595-609, 2017.</p><p>MUÑOZ-ESPÍN, D.; SERRANO, M. Cellular senescence: from physiology to pathology.</p><p>Nature Reviews Molecular Cell Biology, London, v. 15, n. 7, p. 482-196, 2014.</p><p>RODWELL, V. W. et al. Bioquímica Ilustrada de Harper. 30. ed. Porto Alegre: Artmed, 2017.</p><p>UHNTORONTO. The Aging Brain - Week by Week Time Lapse. YouTube, 2014. Disponível</p><p>em: <https://www.youtube.com/watch?v=J3fb0CaDpEk>. Acesso em: 26 out. 2017.</p><p>Leituras recomendadas</p><p>BEAR, M. F.; CONNORS, B. W.; PARADISO, M. A. Neurociências: desvendando o sistema</p><p>nervoso. 4. ed. Porto Alegre: Artmed, 2017.</p><p>HARVEY, R. A.; FERRIER, D. R. Bioquímica Ilustrada. 5. ed. Porto Alegre: Artmed, 2012.</p><p>NELSON, D. L.; COX, M. M. Princípios de Bioquímica de Lehninger. 6. ed. Porto Alegre:</p><p>Artmed, 2014.</p><p>VOET, D.; VOET, J. G. Bioquímica. 4. ed. Porto Alegre: Artmed, 2013.</p><p>Bioquímica do envelhecimento16</p><p>https://www.youtube.com/watch?v=J3fb0CaDpEk</p><p>Conteúdo:</p>