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segunda-feira, 8 de fevereiro de 2016

Vírus Zika: Atualização sobre a epidemia, andamento das pesquisas e esclarecimentos sobre boatos

Autor: Dinler Amaral Antunes, Bacharel em Biomedicina pela UFRGS, Mestrado e Doutorado pelo PPGBM/UFRGS e pós-doutorado pela Rice University (Texas/EUA).

Na última sexta-feira (5/02/2016) a Organização Mundial da Saúde liberou um relatório sobre a situação da epidemia do virus Zika. O documento apresenta dados atualizados e recomendações reunidas por um comitê de especialistas, que em 1º de Fevereiro recomendou que o atual agrupamento de casos de microcefalia e de outras disfunções neurológicas reportados no Brasil, seguido de um agrupamento similar na Polinésia Francesa em 2014, constituem uma Emergência de Saúde Pública de Interesse Internacional (Fontes: OMS, BBC Brasil).
Os pontos principais do relatório incluem:
  • Existe uma forte suspeita de relação causal entre a infecção pelo vírus Zika durante a gestação e os casos de microcefalia, embora tal relação ainda não tenha sido comprovada (comentários abaixo). Existe um acordo entre os especialistas acerca da necessidade urgente de se coordenar esforços internacionais para investigar e entender esta relação.
  • Entre Janeiro de 2014 e 5 de Fevereiro de 2016, 33 países reportaram circulação autóctone do vírus Zika. Existe também evidencia indireta de transmissão local em outros 6 países.
  • A distribuição geográfica do vírus Zika tem expandido de forma constante desde sua primeira detecção nas Américas em 2015. É bastante provável que esta distribuição aumente, incluindo outras regiões onde existe circulação do vetor (o mosquito Aedes aegypti).
  • Sete países relataram um aumento na incidência de casos de microcefalia e/ou Síndrome de Guillain-Barré concomitantemente com o surto do vírus Zika.

    Veja o relatório completo da OMS: Zika situation report (Feb 2016)
Mapa  da distribuição geográfica do vírus Zika, divulgado pela OMS (Zika situation report). Existe forte preocupação de que o vírus se espalhe para outras áreas onde existe circulação do mosquito vetor (Aedes), como a Flórida (EUA). Reportagens recentes também salientam a identificação do vírus em amostras de saliva e urina, bem como transmissão sexual, mas mais estudos precisam ser realizados para esclarecer os riscos de transmissão por diferentes vias (mais referências no editorial "Zika virus: Emergence and Emergency").
 
Estabelecer de forma definitiva a relação causal entre a infecção por um patógeno e uma dada manifestação clínica não é uma tarefa fácil, sobretudo quando a manifestação afeta apenas uma parcela pequena dos indivíduos infectados e apresenta um intervalo grande de tempo entre o momento da infecção e a manifestação do referido desfecho. No caso em debate, a situação é ainda mais complicada pois envolve a infecção da mãe e uma manifestação no bebê, sendo portanto impactada tanto pela resposta imunológica da mãe quanto pelo sistema imunológico (em desenvolvimento) do próprio bebê. Cabe lembrar que existe uma série de peculiaridades com relação  a imunorregulação durante a gestação. Além disso, não podemos testar diretamente esta associação em laboratório (infectar grávidas e acompanhar o desfecho), o que também dificulta a formulação de hipóteses e o esclarecimento de um possível mecanismo que permita explicar as observações. É preciso coletar dados à medida que novos casos são investigados.   

Por outro lado, é preciso deixar claro que a suspeita mencionada acima não é apenas fruto da forte correlação temporal e geográfica (que poderia ser coincidência). Conforme recentemente divulgado em reportagem da Frontline (associada à rede pública PBS), existem claras evidências de relação direta entre a infecção pelo Zika e os casos de microcefalia (veja CDC-MMWR). Análises preliminares realizadas por pesquisadores da Fundação Oswaldo Cruz indicaram a presença do vírus no líquido amniótico de duas mulheres cujos fetos apresentavam microcefalia (identificada por exame de ultrassom pré-natal) e o CDC americano detectou o vírus Zika no cérebro de dois bebês natimortos, bem como na placenta de duas mulheres que apresentaram aborto espontâneo. Outro estudo realizado no Brasil avaliou 35 bebês nascidos com microcefalia durante o período de Agosto a Outubro de 2015. Todas as mães visitaram (ou residiram em) áreas afetadas velo vírus Zika durante a gravidez, sendo que 26 delas (74%) apresentaram sintomas da infecção no primeiro ou segundo trimestre de gestação. Pelo menos 25 (71%) dos bebês estudados apresentavam microcefalia severa, sendo que todos os 35 bebês apresentaram resultados negativos para sífilis, toxoplasmose, rubéola, citomegalovírus e herpes. Amostras de líquor dos 35 bebês foram encaminhadas para um laboratório de referência para a detecção do vírus Zika, mas os resultados ainda não estão disponíveis (Fonte: CDC-MMWR).

Finalmente, em trabalho realizado em parceria pelo Centro de Pesquisas Aggeu Magalhães e o CDC, um teste para detecção de anticorpos (IgM) específicos para o vírus Zika foi utilizado para testar amostras de líquor de 12 bebês com microcefalia (coletado logo após o nascimento). Todas as amostras foram positivas. Como a IgM é muito grande para passar a barreira placentária (molécula pentamérica), sua identificação no líquor dos bebês permite duas conclusões importantes. Em primeiro lugar, este anticorpo foi produzido pelo bebê (não pela mãe), o que implica que o bebê foi infectado pelo vírus antes do nascimento. Em segundo lugar, também indica que o vírus foi capaz de infectar o sistema nervoso do feto, conforme informa a autora do estudo Dra. Marli Tenório. Este teste já está sendo aplicado em pelo menos outros 28 casos de microcefalia (suspeitos ou confirmados) e os resultados deverão ser publicados em breve (Fonte: Frontline).

Em conjunto, estes trabalhos evidenciam a forte suspeita da comunidade científica sobre a relação entre os casos de microcefalia e a infecção pelo vírus Zika. No entanto, os dados ainda são limitados a amostras pequenas e não permitem extrapolação para os mais de 400 casos confirmados de microcefalia, até porque isso envolve testar e eliminar todas as outras possíveis causas. Além disso, foram reportados quase 5 mil casos suspeitos de microcefalia nos últimos 6 ou 7 meses no Brasil, muitos dos quais não serão confirmados. Isso representa uma barreira adicional, uma vez que diagnósticos imprecisos podem atrasar os estudos e dificultar as conclusões sobre a relação causal que se deseja investigar (Fonte: Lancet). 

Estes são os motivos pelos quais ainda não se divulgou uma resposta definitiva sobre a relação entre a infecção pelo vírus Zika e os casos de microcefalia. É preciso aguardar que mais casos sejam investigados e novos dados sejam publicados. Infelizmente esta demora e o posicionamento aparentemente "vago" dos pesquisadores envolvidos, apesar de correto, transmite uma certa incerteza para o público leigo e estimula sentimentos de frustração e de revolta, sobretudo entre aqueles que não estão familiarizados com a pesquisa biomédica. Esta situação abre caminho para boatos, os quais ganham ainda mais força quando refletem a opinião de pesquisadores. Este é o caso da denúncia junto ao MPF realizada por um Físico Pernambucano e amplamente divulgada nas redes sociais. Segundo o pesquisador, os casos de microcefalia no Brasil (particularmente em Pernambuco) seriam secundários à vacinação durante a gravidez. Visando esclarecer os fatos, a Dra. Lavinia Schuler-Faccini, professora da UFRGS e presidente da Sociedade Brasileira de Genética Médica, publicou recentemente uma carta aberta, a qual transcrevo abaixo (com autorização da autora).
Prezado Dr. Plínio Bezerra
Vejo que está cometendo um equívoco sobre o risco de vacinas. Se quiser discutir a situação estamos disponíveis. Penso que não revisou adequadamente a literatura. O vírus da rubéola atenuado não causa síndrome da rubéola fetal. Vejo também que o senhor não tem experiência com desenvolvimento embrio-fetal.
Temos seguido os casos de microcefalia no Brasil e o padrão de imagem cerebral é muito diferente do da rubéola e esta acontecendo em mulheres que com certeza NÃO se vacinaram no inicio da gravidez.
Veja bem: se fosse o vírus da rubéola o STORCH (teste de anticorpos) teria que ser positivo para IgM (infecção recente) para rubéola e /ou sarampo. Nos nossos casos estudados, o STORCH foi NEGATIVO.
Veja nossas publicações sobre estes casos e sobre a vacina da rubéola, publicadas em revistas com peer-review. Também pode acessar meu CV Lattes.
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/26820244, doi:10.15585/mmwr.mm6503e2
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/17977696, doi:10.1016/j.reprotox.2007.09.002
Cordialmente,
Profa. Dra. Lavinia Schuler-Faccini
Universidade Federal do Rio Grande do Sul
Presidente - Sociedade Brasileira de Genética Medica
Resumindo, apesar de ainda não podermos afirmar de forma definitiva a relação causal entre o Zika e os casos de microcefalia, esta continua sendo a hipótese mais provável e vem sendo gradualmente reforçada pelos dados. Assim, continuam valendo as recomendaçoes para controle do mosquito e os cuidados com as possiveis fontes de transmissao do vírus Zika, sobretudo para mulheres grávidas (Fonte: CDC, Ministério da Saúde). Agradeço a Dra. Lavínia Schuler-Faccini pelo compartilhamento da carta-aberta e pela revisão do post.

quarta-feira, 20 de janeiro de 2016

Eosinófilos e IL-4 Suportam o Crescimento de Nematódeos que é Coincidente com uma Resposta Inata à Lesão Tecidual



Recrutamento de eosinófilos durante a infecção murina por Trichinella spiralis. Seção representativa de músculo esquelético contendo larva de T. spiralis, envolta por infiltrado inflamatório. O tecido está corado pelo vermelho do Congo para identificar a presença de eosinófilos, destacados por setas na micrografia. Fonte: Adaptado de Kichul Shin et al. J Immunol 2008;180:4885-4891. Copyright © 2008 by The American Association of Immunologists.


Eosinofilia é um achado central de imunidade Tipo 2 induzida durante a infecção por helmintos. Embora estudos iniciais mostrassem que os eosinófilos poderiam aderir e promover danos a larvas de helmintos in vitro, um papel mais definitivo para esse tipo celular durante infecções helmínticas permaneceu obscuro por muitos anos. Contudo, estudos recentes sobre novas atribuições dos eosinófilos demonstram sua participação na regulação do metabolismo e na remodelação tecidual. Esses dados sugerem que os eosinófilos funcionariam como células reguladoras capazes de modular processos desencadeados durante infecções helmínticas.

Estudo recente publicado na revista PLOS Pathogens, liderado pelo grupo da Dra. Judith A. Appleton do Baker Institute for Animal Health, College of Veterinary Medicine, Cornell University, Ithaca, New York nos Estados Unidos, investigou mecanismos eosinófilo-dependentes que promovem o crescimento de larvas de Trichinella spiralis. Os pesquisadores encontraram que o crescimento larvário é independente da imunidade adaptativa e requer sinalização IL-4/STAT6 em eosinófilos, que é suficiente para suportar o crescimento das larvas em camundongos IL-4 competentes. O perfil do transcriptoma dos músculos infectados dos camundongos sugere que os eosinófilos promovem crescimento larvário por suprimirem a inflamação local e aumentarem a captação e metabolismo de nutrientes. A redistribuição do transportador de glicose 4 (GLUT4) e a fosforilação de Akt foram observadas nas células, o que é consistente com o aumento da captação de glicose e estoques de glicogênio pelas larvas. 

Os dados são compatíveis com um mecanismo onde eosinófilos promovem crescimento larvário dependente de IL-4, que limita a resposta local dirigida por interferon e que, por outro lado, altera o metabolismo de nutrientes no músculo infectado. Esse estudo documentou uma nova interação entre nematódeos e seu hospedeiro em que esses parasitos desenvolveram uma estratégia para cooptar uma resposta da célula hospedeira inata de forma a facilitar o seu crescimento.

Referências
- Huang L, Beiting DP, Gebreselassie NG, Gagliardo LF, Ruyechan MC, Lee NA, Lee JJ, Appleton JA. Eosinophils and IL-4 Support Nematode Growth Coincident with an Innate Response to Tissue Injury. PLoS Pathog. 2015 Dec 31;11(12):e1005347. doi: 10.1371/journal.ppat.1005347. eCollection 2015 Dec.

- Allen JE, Sutherland TE. Host protective roles of type 2 immunity: parasitemkilling and tissue repair, flip sides of the same coin. Semin Immunol. 2014mAug;26(4):329-40. doi: 10.1016/j.smim.2014.06.003.

segunda-feira, 18 de janeiro de 2016

O zika-virus

O atual Ministro da Saúde, Marcelo Castro é formado em Medicina pela Universidade Federal do Piauí (UFPI) e doutor em Psiquiatria pela Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ). A Folha de são Paulo de ontem (17/01/2016) destaca um comentário seu sobre o Zika-vírus: “Vamos torcer para que antes de entrar no período fértil as mulheres peguem a zika, para ficarem imunizadas pelo próprio mosquito. Aí não precisa da vacina”. Ao fazer este comentário infeliz de torcer para que as mocinhas brasileiras sejam infectadas, o ministro expressa a visão popular sobre a imunidade mediada por anticorpos. Esta também é a ideia de leigos educados e não-especialistas e mesmo de boa parte dos imunologistas profissionais: a imunidade depende de anticorpos. Infelizmente, ela está errada, ou melhor, corresponde à realidade em tão poucos exemplos que pode ser considerada falsa. Anticorpos funcionam bem contra toxinas bacterianas e venenos animais (de serpentes, escorpiões) e algumas outras viroses que também dependem de uma fase de viremia e têm um período de incubação mais longo. Em geral, podemos dizer que não sabemos ao certo como funcionam as vacinas que utilizamos com sucesso, nem porque falha a grande maioria de tentativas de produzir novas vacinas – vide HIV, malária, esquistosomose, etc. Mas é lamentável que o ministro, em particular, e a mídia, em geral, não aproveitem este trágico período da saúde pública brasileira para educar um pouco mais a população.

Porque, decerto, aqui e ali, o povo deve ficar intrigado como de repente surgiu este mosquito que pode levar três vírus perigosos – denge, chikungunya e zika – sem adoecer ele mesmo, o mosquito! E não são três vírus, como alardeado: são quatro! E o quarto vírus, que já não se menciona, é o mais ameaçador de todos: o vírus da febre amarela, que pode voltar a qualquer momento, porque permanece ativo em reservatórios silvestres na mata atlântica. Deus é brasileiro. Por que não se fala mais no vírus da febre amarela? Porque há uma vacina muito efetiva contra o mesmo. A vacina contra a febre amarela e tão eficaz que já se cogitou associar à mesma produtos do HIV, ou do parasita da malária, como recurso de vacinação contra estas doenças, para quais a imunização se tornou muito difícil.

Isto leva à pergunta seguinte: Por que não temos ainda vacinas efetivas assim contra os outros três vírus? A resposta é a que já citei acima: não sabemos ao certo como funcionam as vacinas que utilizamos e, a cada caso, a cada vírus, micróbio ou parasita, a invenção de novas vacinas progride por experiência e erro. A ciência não chegou a entender um mecanismo geral de proteção contra doenças infecciosas, se é que existe um. A recente epidemia de Ebola, na África ocidental levou a invenção de uma vacina que mostrou ser efetiva. Que sorte! Mas a transferência de soro de sobreviventes da infecção pelo Ebola, contendo anticorpos, não é protetora contra o Ebola.

Pela mesma razão, não existem vacinas contra o HIV e a malária, apesar de imensos e prolongados esforços de pesquisa. Exceto em alguns casos, não sabemos ao certo como funcionam as vacinas em uso médico; elas são usadas porque há evidências empíricas e epidemiológicas de que elas funcionam. Como se resolve esta situação? A longo e a médio prazo, através de investimento maciço em pesquisa básica e por medidas, mais complexas, de saneamento, como matar os mosquitos. Não há solução a curto prazo.

O ministro da saúde, como médico, sabe que se pode ter dengue duas vezes e que a segunda infecção tem um risco aumentado de gerar a forma hemorrágica, mais grave. A infecção pelo vírus da dengue não protege da infecção por uma segunda linhagem. Na poliomielite também é assim: é preciso incluir as três cepas do vírus (A, B, C) na vacina porque a infecção por um deles não protege dos outros dois. Nem sempre é assim. A mais potente de todas as vacinas, a vacina contra a varíola (smallpox), continha um vírus de outra doença, a varíola das vacas (cowpox), hoje chamada vaccínia. Eu seu trabalho original, Edward Jenner relata este fato espantoso: a vacina protege contra a varíola, mas não protege contra a própria vaccínia (cowpox)! A imunologia já nasceu esquizofrênica.

E por que cargas dágua haveria o zika-vírus de causar a microcefalia e também a síndrome de Guillain-Barré? Qual é a relação entre estas duas coisas? E entre elas e a doença – a febre, a coceira - que o vírus desencadeia? Por que somente uma entre quatro pessoas infectadas desenvolve sintomas da zika-virose? A síndrome de Guillain-Barré é autoimune? Autoimune - o que é isso? Seria bom que o povão escutasse conversas e comentários sobre estas perguntas e respostas.

O caso da vacina contra influenza é interessante por vários motivos. Vou citar apenas um que pode dar uma ideia de onde estamos. A influenza se repete ano a ano porque o vírus é altamente mutável e surgem sempre novas variedades. Mas o vírus não pode variar de qualquer maneira: não pode perder as características que permitem que ele se ligue e penetre em células humanas – não pode perder um carrapicho molecular especial que se liga a detalhes da membrana celular, como chave em fechadura. Porque não inventar uma vacina que induza anticorpos contra este carrapicho, que dariam proteção contra todas a variedades do vírus da influenza? Uma equipe européia liderada por Antonio Lanzavecchia analisou centenas de anticorpos anti-influenza e achou um, um único, entre cerca de 800, capaz de se ligar ao tal carrapicho. A transferência deste anticorpo, que é monoclonal e pode ser produzido em culturas de linfócitos, foi capaz de proteger contra todas as formas influenza. Esta é uma boa notícia, desde que não estamos mais desprotegidos frente a ameaça de uma epidemia de influenza como “a espanhola”, de 1918, que matou 40 milhões de pessoas. Este anticorpo pode nos proteger. Mas não se sabe ainda como fabricar uma vacina que induza o organismo a forma este anticorpo, em particular. Exposto ao vírus da influenza, o organismo forma outros anticorpos. Não entendemos ainda o que se passa. O corpo tem razões que a imunologia desconhece.


Nelson Vaz <nvaznvaz@gmail.com>

domingo, 17 de janeiro de 2016

RNA longo não codificador ativa a produção de mediadores pró inflamatórios



Figura 1- RNAs longos não-codificadores (LncRNAs). (A) Visão geral de propriedades desempenhadas por LncRNA. Entre outras funções, LncRNAs podem atuar como andaimes para a formação de complexos RNA-proteína e podem ligar-se em sítios específicos da cromatina (Duncan Ayers, 2013).  (B) Modelo representado por Huang e colaboradores, no qual DDX5-Rmrp é recrutado para regiões da cromatina ocupadas por RORγt, formando-se o complexo Rmrp-DDX5- RORγt, que é fundamental para a programação gênica Th17.


Nos últimos anos, com o advento de novas tecnologias de sequenciamento e análise da expressão gênica, milhares de LncRNAs (RNAs longos não codificadores) têm sido identificados em diversos subtipos celulares, bem como em diferentes espécies de seres vivos. Embora já se tenha documentado que LncRNAs estão envolvidos com diversos processos biológicos, e até mesmo com a regulação das respostas imunológicas inata e adaptativa, as performances moleculares realizadas por tais RNAs não codificantes ainda permanecem um grande mistério.
Em estudo publicado na Nature pelo grupo de Dan R. Littman, em dezembro do último ano, tem-se demonstrado mecanisticamente como um LncRNA pode atuar em conjunto com “fatores de transcrição máster” a fim de promover a expressão de genes específicos de um subtipo celular. No caso deste artigo, portanto, os autores tiveram como objetivo a identificação de moléculas acessórias/parceiras de RORγt em células Th17.
RORγt é um fator de transcrição (TF) responsável por diversas funções, as quais variam de subtipo para subtipo celular. Em células T, este TF é responsável por fazer com que células TCD4+ assumam todas as características de uma célula Th17, majoritariamente caracterizada pela produção das interleucinas IL-17A, IL-17F e IL-22, bem como a expressão de IL-23R, IL-1R1 e CCR6. Tal subtipo celular, além de atuar na proteção de barreiras epiteliais contra infecções bacterianas e fúngicas, também está relacionado com múltiplas doenças autoimunes.
Com a diferenciação in vitro de células Th17 e posterior imunoprecipitação de RORγt, o grupo evidenciou, com o uso de espectrometria de massa, a RNA helicase DDX5 como a molécula que essencialmente interage com RORγt em células Th17. Com o uso de células TCD4+ deficientes de DDX5 (Ddx5fl/flCD4-Cre mice), foi verificado que esta molécula é dispensável para o comprometimento de células T naïve para com a linhagem Th17, mas é fundamental para a execução de suas funções efetoras, evidenciada pela reduzida produção de IL-17A quando comparadas à células T selvagens. In vivo, foi verificado que a deficiência de DDX5 em células TCD4+ reduziu a severidade de colite e esclerose múltipla, doenças inflamatórias decorrentes da exacerbada produção de IL-17 por células T.
Dentre os domínios de DDX5 responsáveis pela indução de genes relacionados com o perfil Th17, o grupo evidenciou que seu domínio RNA-helicase é crítico para a produção de IL-17. Ou seja, a interação de DDX5 com algum RNA no núcleo é fundamental para a atividade transcricional ótima de RORγt. Deste modo, o sequenciamento de RNAs que encontravam-se associados a DDX5 e RORγt resultou no LncRNA Rmrp que, quando transitoriamente silenciado, ou até mesmo mutado pontualmente, atenuou consideravelmente a produção de IL-17A. Por fim, o grupo demonstrou que Rmrp é fundamental para a montagem do complexo Rmrp-DDX5- RORγt que, por sua vez, permite a interação do complexo com loci específicos no DNA, coordenando toda a programação genética de células T para o subtipo Th17.
Os autores sugerem que a regulação do complexo Rmrp-DDX5-RORγt representa uma maneira específica de modular circuitos transcricionais de células Th17 patogênicas, e concluem que um melhor entendimento deste “sistema regulatório transcricional” e a identificação de novos parceiros de RORγt proverá novas abordagens terapêuticas para o tratamento de doenças autoimunes e imunodeficiências.

Referencias

W. Huang et al., DDX5 and its associated lncRNA Rmrp modulate TH17 cell effector functions.Nature 528, 517–522 (2015).
A.  Duncan. Long Non-Coding RNAs: Novel Emergent Biomarkers for Cancer Diagnostics. Journal of Cancer Research and Treatment 1, no. 2 (2013): 31-35.

Post de Mikhael Haruo Fernandes de Lima, doutorando do FMRP/IBA-USP. 

sexta-feira, 15 de janeiro de 2016

59 minutos

Feliz 2016 imunologistas do Brasil!

Gostaria de compartilhar um vídeo que adoro mas que não está diretamente relacionado à imunologia. Nele, Dr. David Suzuki fala do problema da superpopulação com uma analogia fácil de entender (e que os microbiologistas vão curtir). O vídeo, no qual um geneticista discute um problema global, serve como um ótimo aprendizado de como conversar com o público leigo. Irei usar essa técnica para um vídeo sobre vacinas.

Para tornar ainda mais acessível ao público brasileiro, adicionei legendas em português e criei animações no meio do vídeo (facilitando a explicação e a tornando mais visual). O vídeo editado faz parte do projeto "Divulgando Ciência com Animação".





Post by Helder Nakaya | http://csbiology.com/team-view/helder-nakaya


terça-feira, 12 de janeiro de 2016

Summing up


The hard problems in immunology are not in the changes that have been identified and studied as specific immune responses and their regulation, but rather in global patterns (profiles) of activity which remain invariant amid ceaseless structural variation. The age of easy questions and answers may be over (Nicholson, 2014; Gilbert, Sapp and Tauber, 2012; Gilbert, Bosch & Ledon-Rettig, 2015).

As Anderson and Mackay (2014) tell us, Burnet moved autoimmunity from the fringes of immunology to the center of attentions. But, in Burnetian (clonal) immunology, the organism is only the place or dimension in which immune responses take place. Presently, however, the organism has returned to Biology as a fundamental explanatory concept and there is a renewed interest in the nature of life as a genuine scientific problem (Maturana, 2002: Nicholson, 2014). After several decades of new findings in virtually every area of experimental biology, we may have reached conditions that allow a better understanding of autoimmune diseases, not as derived from the expansion of forbidden clones, but as disturbances of quite different origins in which lymphocytes come to play an important, central role. These disturbances may result from congenital abnormalities in organogenesis. For example, defects in Hox11 may change the pancreas, salivary and tear glands, the cochlea and the tongue and, secondarily, lead to type-1 diabetes (Lonyai et al., 2007); or, single gene inborn defects of the immune system itself that lead to complex autoimmune syndromes (Carneiro-Sampaio and Coutinho, 2006). Allergic and autoimmune diseases may derive from functional mutations that change the permeability of the skin (Thyssen & Kezic, 2014) or in the permeability of the gut (Tripathi et al., 2009; Vanuytsel et al., 2013). As claimed by Parnes (2003) there is no essential distinction between allergic and autoimmune pathologies. Differences in the severity of infectious diseases may be related to the same processes involved in allergic and autoimmune diseases, such as oligoclonal T cell expansions (Vaz and Carvalho, 2015). Diseases may be seen as reductions in the flexibility of the organism that weakens its ability to face other forms of stress (Bateson, 1972). In this sense, ageing is the most common and inevitable change in the life cycle of metazoa and the collapse of immune activity is part of it.



Bibliography

Anderson, W., & Mackay, I. R. (2014). Fashioning the immunological self: the biological individuality of F. Macfarlane Burnet. J Hist Biol, 47(1), 147-175. DOI: 10.1007/s10739-013-9352-1

Bateson, G. (1972). The role of somatic change in evolution (pp. 346-363). New York: Ballantine.

Carneiro-Sampaio, M., & Coutinho, A. (2007). Tolerance and Autoimmunity: Lessons at the bed-side of Primary Immunodeficiencies. Advances in Immunology, 5I-81. DOI: dx.doi.org/10.1016/S0065-2776(07)95002-6

Nelson M. Vaz (2015). Self-tolerance revisited. Studies in History and Philosophy of Science, Available online. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.shpsc.2015.11.006.

Nelson M. Vaz, Claudia R. Carvalho (2015). On the origin of immunopathology, Journal of Theoretical Biology, 375(1), 61-70. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.jtbi.2014.06.006.




Post by Nelson Vaz, professor emérito do ICB/UFMG

segunda-feira, 11 de janeiro de 2016

DockTope: Um portal gratuito e simples para a predição estrutural de complexos peptídeo-MHC

Autor: Dinler Amaral Antunes, Bacharel em Biomedicina pela UFRGS, Mestrado e Doutorado pelo PPGBM/UFRGS e pós-doutorado pela Rice University (Texas/EUA).

    O ancoramento molecular (ou docking) tem sido amplamente utilizado para predizer a estrutura de complexos proteína-ligante, tanto na academia quanto na indústria [1]. Existe uma grande diversidade de programas, oferecendo recursos para abordar diferentes problemas e diferentes níveis de flexibilidade do sistema [2]. Na imunologia, uma das mais interessantes aplicações do docking diz respeito a predição de complexos peptideo-MHC de classe I (pMHC-I) [3,4], um componente central para a resposta imunológica celular. Esta aplicação, no entanto, não é trivial.

    Para predizer a conformação mais provável de um ligante na fenda do receptor o programa de docking deve explorar todas as ligações flexíveis do ligante, bem como movimentos de rotação e translação. Na maioria dos casos o docking é aplicado para ligantes pequenos (até 10 ligações flexíveis), sendo que a acurácia e a performance das predições decai com o aumento da flexibilidade do ligante [5,6]. Ligantes peptídicos representam um desafio particular para o docking, uma vez que apresentam uma cadeia principal bastante flexível e cadeias laterais que podem também adotar uma diversidade de conformações. Um estudo recente salientou a limitação dos protocolos convencionais na predição estrutural de ligantes peptídicos com até 5 resíduos [7]. Estes dados salientam o enorme desafio referente a aplicação de ferramentas de docking à moléculas de MHC de classe I, uma vez que os ligantes envolvidos são peptídeos contendo entre 8 e 11 resíduos e mais de 35 ligações flexíveis.

    Tendo em vista a importância da análise estrutural de complexos pMHC-I e as limitações dos métodos experimentais para a resolução destas estruturas (sobretudo considerando-se a grande variabilidade deste sistema), diversas abordagens foram propostas para tentar viabilizar a predição estrutural in silico de complexos pMHC-I. Dentre os exemplos mais notáveis, eu saliento o trabalho pioneiro de Andrew Bordner [3,9], bem como as ferramentas DynaPred, MHCsim e pDOCK. Apesar de apresentarem sucesso em casos particulares, estas ferramentas possuem limitações importantes e na maioria dos casos envolvem o uso de diferentes softwares e até mesmo pacotes pagos. O único desta lista que foi disponibilizado na forma de um servidor online foi o MHCsim, que na verdade não realiza a predição por docking, mas apenas converte uma estrutura conhecida (cristal) no complexo de interesse ("mutando" as posições discordantes).


    Em 2010, um grupo da UFRGS publicou um protocolo para a predição estrutural de complexos pMHC-I combinando etapas de docking e minimização de energia [10]. O protocolo foi explicado em um post anterior aqui do blog. Assim como os métodos descritos anteriormente, este protocolo envolve uso de diferentes programas e uma série de etapas de preparação e conversão de arquivos, dificultando seu uso por outros pesquisadores. No entanto, um esforço foi feito para automatizar todas as etapas e implementar o protocolo em um servidor que pudesse ser acessado livremente, sem exigir do usuário qualquer conhecimento de bioinformática. Assim surgiu o DockTope, a nova alternativa para a predição estrutural de complexos pMHC-I. Basta escolher o alelo de MHC de interesse, fornecer a sequência do peptídeo e aguardar o resultado. A técnica depende da utilização de padrões estruturais compartilhados entre peptídeos apresentados por um mesmo alelo de MHC, os quais foram determinados para 4 alelos de MHC até o momento [10]. Apesar de existirem exceções a estes padrões, um artigo publicado recentemente na Scientific Reports demonstrou a robustez do método [4]. A técnica foi empregada na reprodução de 135 estruturas cristalográficas de complexos pMHC-I (não redundantes), apresentando um valor médio de RMSD para todos os átomos do ligante inferior a 2 Å (abaixo da resolução média dos cristais utilizados, Figura 1).
Figura 1. Valores médios de RMSD (Root Mean Square Deviation)
 para as 135 estruturas cristalográficas reproduzidas, considerando-se
carbono alfa (azul) ou todos os átomos do ligante (vermelho). Valores
médios de resolução dos cristais reproduzidos também são
apresentados (verde) para comparação.
    Além do sucesso na reprodução de estruturas cristalográficas, predições baseadas nos modelos gerados foram confirmadas com dados experimentais [11,12,13]. Com base na similaridade estrutural dos modelos de complexos pMHC-I foi possível predizer eventos de reatividade cruzada de linfócitos T, envolvendo peptídeos de diferentes vírus e com baixa similaridade de sequencia [13]. Estes dados reforçam a validade biológica dos modelos gerados, salientando a aplicabilidade deste método para o desenvolvimento de vacinas.

   O DockTope já está sendo aplicado em larga escala para modelar uma série de alvos (principalmente peptídeos virais) os quais estão sendo depositados em um banco de dados desenvolvido pela mesma equipe, o CrossTope [14]. Neste site o usuário pode pesquisar os complexos que já foram modelados e obter informações sobre o receptor e o ligante, bem como links para outros bancos de dados. Também é possível comparar complexos de interesse e observar o potencial eletrostático da superfície de interação com o TCR. Apesar de possibilitar a modelagem de um número restrito de alelos de MHC, o DockTope inclui justamente alelos de elevado interesse para os imunologistas. O HLA-A*02:01 é um dos mais frequentes alelos em humanos [15] e o alelo HLA-B*27:05 foi associado ao controle da infecção por HIV e HCV [16,17,18], bem como a eventos de autoimunidade (ex.: espondilite anquilosante) [19].

Limitações: Conforme mencionado anteriormente, já foram identificados alguns exemplos de exceções aos padrões utilizados para modelar a cadeia principal dos peptídeos [10]. Até o momento não é possível identificar com base na sequência se o alvo de interesse será uma destas exceções, então existe um erro associado a técnica. Este tipo de incerteza é comum a qualquer método de predição e os dados de reprodução de cristais mencionados anteriormente reforçam a ideia de que a técnica é bem sucedida na maioria dos casos, pelo menos para estes alelos (HLA-A*02:01, HLA-B*27:05, H2-Db, H2-Kb). É possível observar na Figura 1 que a média de RMSD das reproduções para HLA-B*27:05 foi mais alta que para os demais alelos, o que salienta a complexidade associada a flexibilidade do ligante. Peptídeos restritos a este alelo apresentam um conteúdo maior de argininas, as quais possuem longas cadeias laterais, sendo particularmente difíceis de predizer com acurácia. Nesta primeira fase, o DockTope não permite que o usuário modele múltiplos alvos ao mesmo tempo, o que dificulta a modelagem de um conjunto grande de complexos. Estas restrições devem ser flexibilizadas em um segundo momento, a medida que for confirmada a demanda pelo serviço. 
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