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Universidade de São Paulo

Oxigênio singlete regula tônus vascular e pressão sanguínea na inflamação

Oxigênio singlete regula tônus vascular e pressão sanguínea na inflamação

Estudo teve participação de pesquisadores do Redoxoma e foi publicado na revista Nature

 

Por Maria Celia Wider

 

  Paolo Di Mascio: arquivo pessoal

 

Pesquisa realizada por uma equipe internacional de cientistas, dentre eles os bioquímicos Paolo Di Mascio e Fernanda M. Prado, do Departamento de Bioquímica do Instituto de Química da USP e do CEPID Redoxoma, mostrou, pela primeira, vez, que o oxigênio singlete desempenha um papel fisiopatológico em mamíferos, por estar envolvido na formação de uma molécula sinalizadora que regula o tônus vascular e a pressão sanguínea durante a inflamação sistêmica aguda. Os resultados do trabalho foram publicados na revista Nature e receberam um comentário na seção News & Views.

 

“O oxigênio singlete está envolvido na fisiologia de plantas, bactérias e fungos. Em mamíferos, era visto como uma espécie produzida por células como neutrófilos para combater micro-organismos ou em reações de fotossensibilização. Agora mostramos que ele forma um hidroperóxido derivado do aminoácido triptofano, que atua como uma molécula sinalizadora redox envolvida na regulação da pressão arterial em situação de inflamação” afirmou Di Mascio.

 

Em situações patológicas como a sepse há um aumento na síntese de óxido nítrico pelas óxido nítrico sintases, o que leva o paciente à hipotensão e mesmo à morte. Paradoxalmente, os inibidores da via do óxido nítrico geralmente não amenizam o choque séptico grave, sugerindo envolvimento de mediadores adicionais de hipotensão, como o que foi proposto neste trabalho. Os resultados obtidos podem apontar um novo alvo terapêutico na sepse.

 

O estudo, liderado pelo pesquisador Roland Stocker, do Victor Chang Cardiac Research Institute, na Austrália, reuniu pesquisadores da Austrália, da Inglaterra, do Brasil, da China, da Alemanha e do Japão. Os pesquisadores brasileiros são membros do CEPID Redoxoma, um dos Centros de Pesquisa, Inovação e Difusão financiados pela FAPESP.

 

Hidroperóxido derivado de triptofano

 

O oxigênio singlete é uma espécie eletronicamente excitada do oxigênio molecular. Embora apresente alta reatividade, oxidando alvos biológicos  como ácidos graxos insaturados, proteínas e DNA, seu papel em sistemas biológicos ainda não é bem conhecido.

O triptofano é um aminoácido essencial que, além de fazer parte de proteínas, é um precursor de compostos bioativos. O oxigênio singlete gerado quimicamente oxida o aminoácido triptofano a precursores dos metabólitos N-formil-quinurenina (NFK) e quinurenina (Kyn). A oxidação enzimática do triptofano a NFK é catalisada por uma família de dioxigenases, incluindo indoleamina 2,3-dioxigenase 1 (IDO1). Em condições inflamatórias, esta heme enzima é expressa nas células endoteliais arteriais.

 

 Em 2010, o grupo de Stocker havia publicado um artigo propondo que a quinurenina estava envolvida no relaxamento de vasos, mas, ao não conseguirem repetir os resultados a partir de remessas de quinurenina comercial adquiridas posteriormente, concluíram que o "fator de relaxamento" derivado do triptofano seria provavelmente um metabólito formado antes  da NFK e da Kyn. Como produtos da oxidação química do triptofano por oxigênio singlete decaem para NFK, a quinurenina comercial poderia estar contaminada com eventuais  precursores. Os pesquisadores, então, expuseram triptofano a oxigênio singlete in vitro e investigaram todos os produtos gerados.

 

Foram encontrados oito produtos diferentes e os pesquisadores constataram que apenas um deles relaxava substancialmente e de forma dose-dependente as artérias de ratos, camundongos e porcos.

 

Esse produto foi quimicamente confirmado como um cis-hidroperóxido tricíclico derivado do triptofano, o cis-WOOH, por Di Mascio, que tem uma vasta experiência no estudo das oxidações mediadas por oxigênio singlete. “Na verdade, esse estudo começou há cerca de dez anos, quando a então doutoranda no meu lab, hoje professora do IQ e membro do Redoxoma, Graziella E. Ronsein, determinou os produtos da reação do oxigênio singlete com o aminoácido triptofano”.

 

Diversas técnicas foram utilizadas para estudar os compostos e identificar o hidroperóxido, como cromatografia líquida acoplada a espectrômetria de massas (LC-MS), e ressonância magnética nuclear (RMN). 

 

Di Mascio explica que na inflamação ocorre uma explosão (burst) na produção de peróxido de hidrogênio (H2O2, a água oxigenada), e a manutenção dessas altas concentrações estacionárias associadas ao aumento da expressão da enzima IDO1 em situação inflamatória acarreta um ganho de função dessa enzima. Ela passa de oxidase para “peroxidase” e gera o hidroperóxido cis-WOOH via oxigênio singlete. O cis se refere à configuração espacial do hidroperóxido. A atividade enzimática da IDO1 favorece a formação do hidroperóxido cis em relação ao trans, o que já sugeria que oxigênio singlete é um ator formado no ou próximo ao sítio ativo da enzima.

 

Os pesquisadores constataram que esse hidroperóxido de triptofano age como uma molécula de sinalização, induzindo o relaxamento de artérias de diferentes espécies e diminuindo a pressão sanguínea em camundongos. Esta atividade, segundo eles, depende de um resíduo de cisteína específico, a cisteína-42, da proteína quinase G 1α (PKG1α). As proteínas quinases desempenham um papel fundamental na regulação de vias de transdução de sinal intracelular.

 

Com experimentos realizados em artérias coronárias porcinas tratadas com interferon-γ para aumentar a expressão de IDO1 e mimetizar condições inflamatórias, os pesquisadores comprovaram que o cis-WOOH é formado in vivo.

 

No artigo, os autores ressaltam que essas descobertas sugerem novas funções biológicas para a enzima IDO1 e podem servir como ponto de partida para a descoberta de um repertório refinado de vias de sinalização redox. Além da IDO1 poder se tornar um alvo terapêutico em sepse, os dados da pesquisa também indicam a possibilidade de que o oxigênio singlete possa estar envolvido na modulação da resposta imune contra tumores, via tolerância imunológica mediada por IDO1 e evasão tumoral, com a inibição de IDO1 representando um dos principais alvos de desenvolvimento de drogas.

 

Além disso, o estudo muda o foco do peróxido de hidrogênio para incluir um hidroperóxido derivado de aminoácidos como molécula de sinalização estereoespecífica. Outras proteínas heme conhecidas por gerar oxigênio singlete na presença de peróxido de hidrogênio também poderiam formar produtos que, como o cis-WOOH, agem como moléculas sinalizadoras.

O artigo Singlet molecular oxygen regulates vascular tone and blood pressure in inflammation, de Christopher P. Stanley, Ghassan J. Maghzal, Anita Ayer, Jihan Talib, Andrew M. Giltrap, Sudhir Shengule, Kathryn Wolhuter, Yutang Wang, Preet Chadha, Cacang Suarna, Oleksandra Prysyazhna, Jenna Scotcher, Louise L. Dunn, Fernanda M. Prado, Nghi Nguyen, Jephthah O. Odiba, Jonathan B. Baell, Johannes-Peter Stasch, Yorihiro Yamamoto, Paolo Di Mascio, Philip Eaton, Richard J. Payne e Roland Stocker, pode ser acessado em https://www.nature.com/articles/s41586-019-0947-3

 

O  comentário  Fresh evidence overturns the identification of a factor involved in blood-vessel dilation está em https://www.nature.com/articles/d41586-019-00508-z