Nova pesquisa mostra um quadro dinâmico de como respondemos a níveis altos ou baixos de oxigênio

Basta prender a respiração por um tempo um pouco demais para entender que pouco oxigênio faz mal. Mas você também pode ter demais? Na verdade, respirar ar com um nível de oxigênio superior ao necessário pode causar problemas de saúde ou até a morte.

Mas com a escassa investigação sobre o tema, os cientistas sabem pouco sobre como o corpo sente demasiado oxigénio. Agora, um novo estudo dos Institutos Gladstone expandiu enormemente o corpo científico de conhecimento sobre os mecanismos em jogo e por que são importantes para a saúde.

Suas descobertas, relatadas na revista Avanços da Ciência, explicam como respirar ar com diferentes níveis de oxigênio – desde muito pouco, até o ideal ou muito – afeta a criação e degradação de diferentes proteínas nos pulmões, coração e cérebro de camundongos. Notavelmente, o estudo também destaca uma proteína específica que pode desempenhar um papel central na regulação de como as células respondem à hiperóxia.

“Esses resultados têm implicações para muitas doenças diferentes”, diz a pesquisadora assistente de Gladstone, Isha Jain, Ph.D., autora sênior do novo estudo. “Mais de 1 milhão de pessoas nos EUA respiram oxigénio suplementar todos os dias por razões médicas, e estudos sugerem que isso pode piorar as coisas em alguns casos. Esse é apenas um cenário onde o nosso trabalho está a começar a explicar o que está a acontecer e como o corpo responde. “

Compreendendo os efeitos do oxigênio

A maioria das pesquisas anteriores sobre os níveis de oxigênio examinou os efeitos moleculares da falta de oxigênio. E mesmo nesse domínio, a maior parte do foco tem sido sobre como o nível baixo de oxigênio afeta quais genes são ativados ou desativados.

“Nosso estudo entra em território desconhecido ao usar ratos e observar a expressão genética na qual as proteínas se acumulam ou se degradam anormalmente em resposta a diferentes concentrações de oxigênio”, diz Kirsten Xuewen Chen, primeira autora do novo artigo e estudante de pós-graduação na UC San Francisco.

A investigação baseia-se no trabalho anterior da equipa, que revelou que, em resposta ao excesso de oxigénio, certas proteínas contendo aglomerados de ferro e enxofre são degradadas, levando ao mau funcionamento das células.

“Agora, queríamos obter uma imagem mais dinâmica de como as proteínas são reguladas quando os níveis de oxigênio estão muito altos ou muito baixos”, diz Chen.

Para fazer isso, a equipe expôs ratos durante várias semanas ao ar com níveis de oxigênio de 8%, 21% (o nível normal que respiramos na atmosfera da Terra) ou 60%. Enquanto isso, eles deram aos ratos comida contendo uma forma distinta de nitrogênio que os corpos dos animais incorporaram em novas proteínas. Este isótopo de nitrogênio atuou como um “rótulo” que permitiu aos pesquisadores calcular as taxas de renovação de proteínas – o equilíbrio entre a síntese e a degradação de proteínas – para milhares de proteínas diferentes nos pulmões, coração e cérebro.

“Somos gratos aos nossos colaboradores que são especialistas nesta técnica, conhecida como marcação com isótopos estáveis ​​de aminoácidos em camundongos”, diz Jain. “Sem ele, não poderíamos ter feito este estudo.”

Uma proteína chave se acumula

Os pesquisadores descobriram que os níveis de oxigênio afetaram de forma mais dramática as proteínas nos pulmões dos ratos do que no coração ou no cérebro. Eles identificaram certas proteínas com taxas de renovação anormais phys.org/news/2023-03-oxygen-c… ls-tissues.htmlem condições de alto ou baixo oxigênio.

Uma proteína específica que se acumulou em condições de alto teor de oxigênio, a MYBBP1A, chamou a atenção deles. MYBBP1A é um regulador da transcrição, o que significa que afeta diretamente a expressão genética.

“Isso chamou nossa atenção porque pesquisas anteriores mostraram que outros fatores de transcrição chamados fatores induzíveis por hipóxia, ou HIFs, desempenham um papel importante na resposta das células ao baixo nível de oxigênio”, diz Chen. “Nosso trabalho nomeia MYBBP1A para um papel relacionado na sinalização de hiperóxia”.

MYBBP1A está envolvido na produção de ribossomos – “máquinas” celulares que constroem proteínas. Outras experiências revelaram pistas de que, em resposta a elevados níveis de oxigénio, a acumulação desta proteína nos pulmões pode afectar a produção de ARN ribossómico, um componente chave dos ribossomas.

A equipe de Jain está agora examinando o papel molecular preciso do MYBBP1A durante a hiperóxia, incluindo se sua resposta é protetora ou prejudicial. Este trabalho pode preparar o terreno para novos tratamentos que tenham como alvo a proteína MYBBP1A ou moléculas associadas de forma a combater os efeitos nocivos da hiperóxia – semelhante aos esforços de investigação generalizados que visam as proteínas HIF em condições de baixo teor de oxigénio.

O novo estudo apresenta um conjunto de dados inédito sobre taxas de renovação de proteínas em diferentes tecidos de camundongos expostos a diferentes níveis de oxigênio. A equipa espera que os seus resultados inspirem outros investigadores a investigar mais aprofundadamente os efeitos de muito ou pouco oxigénio no corpo, o que poderá transformar a forma como tratamos as doenças.