Superlotação e fertilidade: CPR-4 e cathepsina B entram em cena

Condições de superlotação há muito tempo são associadas a queda de fertilidade em animais, mas os cientistas nunca tinham esclarecido por completo o motivo.

Um estudo recente aponta que a explicação pode passar por um sinal molecular inesperado, observado pela primeira vez em experiências com radiação.

Os investigadores descobriram que, quando os animais ficam amontoados, o organismo começa a libertar uma proteína que danifica células reprodutivas e aumenta mutações herdadas ao longo das gerações.

O resultado sugere que existe uma resposta biológica interna à superlotação - algo que, segundo os cientistas, pode mudar a forma como pensamos fertilidade, adaptação e vida sob stress.

Seguindo uma pista molecular

A história dessa proteína é pouco comum. Ding Xue, professor de biologia molecular, celular e do desenvolvimento na University of Colorado Boulder (CU Boulder), estudava radiação quando a sua equipa esbarrou nesse fenómeno.

Trabalhos anteriores mostraram que vermes expostos à radiação libertam uma proteína chamada CPR-4. Ela circula pelo corpo e causa danos no DNA em células que nunca foram atingidas diretamente pelo feixe.

Esse estudo ajudou a explicar por que pacientes submetidos a radioterapia às vezes perdem cabelo longe da área tratada. A CPR-4 tem uma “prima” muito próxima em humanos, a cathepsina B, presente em grande parte do reino animal.

Anos depois, o grupo de Xue notou algo fora do esperado: mesmo sem qualquer radiação, vermes em placas extremamente superlotadas passavam a libertar a proteína por conta própria.

No nível molecular, vermes apertados uns contra os outros pareciam quase iguais aos que tinham sido irradiados.

Cruzando o limiar da superlotação

Para descobrir em que ponto a secreção de CPR-4 começava, a equipa preparou placas com densidades diferentes. Abaixo de 750 vermes por placa, a proteína praticamente não aparecia. Acima de 3,000 no mesmo espaço, ela disparava.

Depois de ultrapassar esse limiar, superlotação e dano avançavam juntos.

Quanto mais animais eram colocados na placa, mais proteína o corpo libertava - e mais essa proteína atacava as células germinativas, que dão origem a óvulos e espermatozoides.

A mudança também não parecia gradual: os vermes davam a impressão de ter um “interruptor” interno que vira numa densidade específica.

Um efeito semelhante surgiu quando os investigadores deixaram vermes não superlotados de molho num líquido retirado de uma placa lotada, o que indica que o gatilho era químico.

Espaços superlotados prejudicam a fertilidade

Para acompanhar o que a proteína fazia, a equipa utilizou um marcador que “acende” nos pontos onde há dano no DNA.

Colónias superlotadas apresentaram sinais brilhantes por todo o tecido reprodutivo. Em placas com poucos vermes, quase não havia sinais.

Nos vermes em superlotação, o dano no DNA aparecia iluminado ao longo do tecido reprodutivo. Animais em placas cheias tinham muito mais probabilidade de apresentar esse efeito, e muitos exibiam danos extensos. Já as placas pouco povoadas pareciam quase limpas em comparação.

O impacto não ficava restrito aos pais. Vermes superlotados tiveram ninhadas menores, mais ovos que falharam e mais larvas que ficaram estagnadas. Quanto pior o dano no progenitor, piores os resultados na descendência.

Quando os cientistas desativaram o gene que produz CPR-4, o efeito da superlotação desapareceu. Vermes nas mesmas placas lotadas passaram a gerar números normais de descendentes saudáveis. O problema era causado pela proteína, e não pela superlotação em si.

Mutações repercutem por gerações

Danos no DNA podem tornar-se permanentes. Reparações imperfeitas transformam erros em mutações, e mutações em células germinativas são transmitidas.

Os investigadores quiseram saber se a superlotação elevava a taxa de mutação.

Eles criaram vermes normais e vermes incapazes de produzir a proteína durante dez gerações em ambos os cenários e, depois, sequenciaram os genomas completos.

Vermes normais sob superlotação acumularam cerca de 28 mutações adicionais por animal - a taxa total de mutação ficou 87 por cento mais alta.

Já os vermes que não conseguiam produzir a proteína não mostraram qualquer aumento. Nenhum. A contagem de mutações permaneceu estável nas duas condições. A CPR-4 não era um efeito colateral - era o motor do processo.

Sobrevivência em condições de superlotação

Ao mapear onde as mutações se concentravam, os cientistas viram um padrão. Os danos acumulavam-se em trechos de DNA entre genes. As regiões que carregam instruções genéticas permaneceram relativamente preservadas.

Esse desenho é compatível com a ação da seleção natural. Vermes com mutações prejudiciais em genes funcionais morreram ou foram superados. Os que tiveram dano em regiões mais “silenciosas” do DNA sobreviveram. Os restantes não.

Após 30 gerações em superlotação, os sobreviventes passaram a ter uma vantagem competitiva - mas apenas em ambientes superlotados. Quando eram colocados em placas mais abertas, essa vantagem desaparecia por completo.

Até este estudo, ninguém tinha demonstrado que o stress, por si só, poderia desencadear esse tipo de mudança genética adaptativa em animais. Em bactérias isso já era conhecido. Em organismos maiores, não.

A superlotação também chega aos mamíferos

A cathepsina B é altamente conservada em dezenas de espécies, com quase metade da sua estrutura molecular partilhada entre vermes e humanos.

Isso não ocorre por acaso. Para testar se o sinal de superlotação também se manifestava em mamíferos, a equipa alojou camundongos em gaiolas com dois ou cinco animais.

Após 10 e 17 dias, amostras de sangue das gaiolas com cinco camundongos mostraram níveis significativamente mais altos de cathepsina B do que as gaiolas com dois. O sinal aparecia em mamíferos tal como nos vermes.

Ainda não foi confirmado se a cathepsina B elevada causa diretamente os problemas de fertilidade observados em camundongos superlotados. Mesmo assim, o padrão molecular coincide entre espécies.

Transformando a descoberta em tratamento

Este trabalho responde a uma pergunta que biólogos perseguem há décadas.

A densidade populacional não afeta os animais apenas “de fora para dentro” - parece existir também uma resposta interna: uma proteína libertada quando os vizinhos se acumulam, capaz de danificar células reprodutivas.

Xue já desenvolveu e patenteou um composto que bloqueia essa proteína em animais. Os primeiros dados de segurança parecem promissores.

De acordo com um relatório recente da OMS, cerca de um em cada seis adultos no mundo enfrenta infertilidade, e a densidade populacional tem acompanhado a queda das taxas de natalidade em dezenas de países.

Faltava identificar o alvo molecular por trás dessa ligação - até agora.

As aplicações potenciais vão desde aumentar a produção de ovos na agropecuária até ajudar casais que não conseguem engravidar. As clínicas podem agora ter algo concreto para investigar.