Um caso onde fumar ajudou: Cientistas ajudam a compreender o mecanismo de uma mutação rara da hemoglobina

Há pelo menos uma pessoa no mundo para quem fumar tem um efeito benéfico, e foi necessária uma colaboração internacional de cientistas liderados por um professor da Universidade Rice para descobrir o porquê.

O bioquímico da Rice, John Olson e colaboradores na Alemanha e na França ajudaram uma jovem e seu pai a entender por que ela tem anemia, mas seu pai, que é fumante, não.

A mulher, que estava com 20 anos quando diagnosticada, e seu pai compartilham uma mutação no gene que codifica a hemoglobina. A família estava vivendo em Mannheim, na Alemanha, mas o pai nasceu na cidade turca de Kirklareli.

A mutação de Kirklareli não afetou o teor de ferro do sangue de seu pai, mas pareceu ser a causa raiz da anemia crônica da jovem, de acordo com os pesquisadores. Uma investigação mais aprofundada revelou que a absorção de monóxido de carbono a partir do fumo do cigarro é terapêutica para aqueles com esta doença genética rara.

Um artigo sobre a pesquisa apareceu este mês no Journal of Biological Chemistry.

A mutação está na subunidade alfa da hemoglobina humana (H58L) e faz com que se auto-oxide rapidamente fazendo com que a proteína perca heme e precipite. Como resultado, a proteína perde sua capacidade de transportar oxigênio. Eventualmente, disse Olson, os próprios eritrócitos se deformam e são destruídos.

Notavelmente, esta mesma mutação dá à proteína uma afinidade 80.000 vezes maior para o monóxido de carbono do que para o oxigénio. O monóxido de carbono de um cigarro será selectivamente absorvido pela hemoglobina mutante e impedirá a sua oxidação e desnaturação. Esta alta afinidade com o monóxido de carbono explicou porque o pai não mostrou sinais de anemia, disse Olson.

"Ele nunca pode ser um atleta porque seu sangue não pode carregar tanto oxigênio, mas fumar o impediu de ser anêmico", disse ele. "E há um benefício lateral. As pessoas com esse traço são mais resistentes ao envenenamento por monóxido de carbono".

Olson disse que não sabe como ou se os médicos trataram a jovem. Ele nem sabe o nome dela. Mas ele suspeitava que sua anemia deficiente em ferro era mais um aborrecimento do que uma ameaça à sua vida e não recomendaria que comesse a fumar para aliviá-la.

"Ela não deveria fumar", disse ele. "Mas ela poderia tomar antioxidantes, como uma grande quantidade de vitamina C, o que ajudaria a prevenir a oxidação de sua hemoglobina mutante. A anemia dela não é tão grave. E ao mesmo tempo, ela não precisa se preocupar muito com fumo passivo, o que pode ter um efeito positivo".

Depois de descartar causas comuns como perda de sangue, gastrite ou defeitos congênitos, seus médicos ficaram curiosos o suficiente sobre sua doença para recorrer a Emmanuel Bissé, pesquisador do Instituto de Química Clínica e Medicina de Laboratório da Universidade de Freiburg, que descobriu a mutação após a sequenciação do seu DNA.

Bissé, por sua vez, recrutou Olson e sua equipe para ajudar a determinar por que a mudança de histidina para leucina causou anemia na filha, mas não no pai. Ironicamente, Ivan Birukou, um estudante graduado no laboratório de Olson, já havia gerado a mesma mutação na hemoglobina humana (uma de várias centenas feitas em Rice) para estudar como a proteína se liga rápida e seletivamente ao oxigênio.

"Emmanuel escreveu para mim e disse: 'Eu sei que você está fazendo todos esses mutantes em hemoglobina, e você provavelmente fez a mutação H58L em cadeias (alfa). Esse fenótipo faz sentido?'", Lembrou Olson.

"Eu disse: 'Nós podemos fazer um estudo bem cuidadoso aqui, porque já fizemos a hemoglobina mutante em um sistema recombinante'. Nós realmente tínhamos uma estrutura cristalina (que combinava Kirklareli) que Ivan e Jayashree Soman nunca publicaram, mas que tinham depositado no Protein Data Bank. Tínhamos feito essa mutação para tentar entender o que a histidina distal estava fazendo em subunidades alfa.

Eles descobriram em seu estudo de 2010 que a substituição da histidina, que forma uma ligação de hidrogênio forte para oxigênio, com leucina causou uma diminuição dramática na afinidade de oxigênio e um aumento na ligação de monóxido de carbono. Olson e Birukou perceberam então que a histidina desempenhou um papel fundamental na discriminação entre oxigênio e monóxido de carbono na hemoglobina.

"Quando Emmanuel me escreveu sobre sua descoberta, eu já" sabia "o que estava acontecendo com relação à ligação de monóxido de carbono", disse Olson.

Ele disse que a ligação de hidrogênio normal faz com que o oxigênio ligado fique mais firme na hemoglobina, da mesma forma que as ligações de hidrogênio causam o derramamento de refrigerante para se sentir pegajoso. "Quando você a toca, os oxigênios e hidrogênios do açúcar fazem ligações de hidrogênio com os polissacarídeos em seu dedo", disse Olson. "Essa viscosidade ajuda a manter o oxigênio, mas a leucina é mais como um óleo, como o butano ou hexano, e o oxigênio não fica bem dentro da hemoglobina. Em contraste, o monóxido de carbono ligado é mais parecido com metano ou etano e não pode formar ligações de hidrogênio. "

Andres Benítez Cardenas, um pesquisador pós-doutorado no laboratório de Olson, fez a experiência crucial em que ele colocou monóxido de carbono na subunidade alfa mutante da hemoglobina Kirklareli. O monóxido de carbono ligado retardou a oxidação da proteína e impediu a perda de heme e precipitação. "Com efeito, Andres fez a ´experiência de fumar´ para mostrar o porquê que a hemoglobina do pai não desnaturou e causou anemia", disse Olson.

Ele disse que o efeito causado por Kirklareli, embora incomum, não é único.

"Há outra mutação do "fumar é bom para você", disse ele, observando descobertas em Zurique no final dos anos 70 e começo dos anos 80. Esse caso refletiu a colaboração atual, como os pesquisadores que procuram respostas, em seguida, procurou a ajuda do Prêmio Nobel Max Perutz, cujo trabalho pioneiro sobre estruturas de hemoglobina ganhou o prêmio em 1968. Olson ele mesmo serviu como revisor em alguns dos documentos de hemoglobina Zurique Década de 1980.

"Emmanuel sabia que tínhamos trabalhado nessas mutações de histidina para leucina em mioglobina e hemoglobina, razão pela qual ele nos contactou", disse ele. "Este tipo de colaboração é como a ciência e a medicina deviam trabalhar juntas."