Iron Overload and Cardiovascular Risk: cfDNA, from cell to patients

Summary: Existem muitos metais essenciais para a vida e que desempenham várias funções biológicas, entre eles o ferro. Este metal é um importante micronutriente para seres humanos e outros vertebrados, essencial para o processo de eritropoiese, metabolismo oxidativo e respostas imunológicas. Apesar de abundante na dieta, precisa ser muito controlado em sua absorção, pois não existem mecanismos conhecidos que podem regular ativamente sua excreção. Assim como sua falta pode provocar anemia e prejudicar a homeostase corporal, sua sobrecarga causa diversos danos à saúde, associados à formação de radicais livres e peroxidação lipídica. A sobrecarga crônica de ferro pode ser primária quando consequência de doenças genéticas envolvendo os elementos responsivos ao ferro, como na hemocromatose hereditária. A sobrecarga de ferro também pode ocorrer em consequência de transfusões sanguíneas utilizadas no tratamento de doenças ou estados de hiperabsorção em reação a diferentes condições (sobrecarga secundária), entre elas as anemias hemolíticas e hepatopatias crônicas. Os principais órgãos e tecidos prejudicados pelo excesso de ferro são os que têm alta concentração deste metal e elevada atividade metabólica: trato gastrointestinal, fígado e coração e as complicações cardíacas se configuram dente as principais causas de morte em pacientes com sobrecarga de ferro. Entretanto, temos desenvolvido uma série de estudos nos últimos anos avaliando a possibilidade da sobrecarga de ferro também causar danos vasculares. Além da premissa de que a sobrecarga de ferro induz estresse oxidativo sistêmico, agora também sabe-se que o ferro em excesso é capaz de influenciar negativamente a função endotelial, especialmente por reduzir a biodisponibilidade do NO, importante vasodilatador, anti-agregante plaquetário, regulador da contratilidade miocárdica, permeabilidade e proliferação vascular. Nesses trabalhos, publicados pelo grupo do prof. Leonardo dos Santos, verificou-se que a sobrecarga crônica de ferro em ratos cursa com disfunção endotelial e remodelamento vascular, o que levou a hiperreatividade contrátil e aumento de rigidez dos vasos. E é nesta linha de pesquisa que temos formado um grupo de estudos, orientando trabalhos de Iniciação Científica, mestrado e doutorado e desenvolvendo projetos nesse tema desde 2010.
É fato que não só em modelos experimentais mas também em humanos, a sobrecarga de ferro induz toxicidade em vários sistemas, basicamente por aumento na geração de radicais livres e diminuição das vias antioxidantes endógenas, com especial efeito deletério sobre os hepatócitos, cardiomiócitos e endotélio vascular, por meio de danos em lipídeos de membrana, proteínas e enzimas importantes, além do ácidos nucléicos (DNA e RNA).
Nesse sentido, fragmentos de ácidos nucléicos, especialmente de DNA livres no plasma (denominados cell-free DNA, cfDNA), tem sido identificados como marcadores de dano celular em diferentes situações. A existência desses fragmentos foi inicialmente em 1948 e em seguida foram de certa forma negligenciadas até que, em 1977, foi determinado que pacientes com câncer tinham níveis elevados de cfDNA. Desde então, o cfDNA tem sido reconhecido como um marcador de dano tecidual e inflamação para diversas condições como câncer, sepse e, inclusive doença cardiovascular. Atualmente o cfDNA já é aplicado na clínica médica em áreas como obstetricia (em testes pré-natais) e oncologia (como um biomarcador). A partir da caracterização do cfDNA encontrado, diversas informações podem ser conhecidas como: se há lesão por necrose ou apoptose; se a lesão é apenas na membrana celular ou se atinge a membrana mitocondrial; qual órgão-alvo esta sendo afetado antes mesmo que ocorra disfunção do órgão; e até o potencial inflamatório dessa molécula baseado na sequencia de nucleotídeos encontrada.
Dessa forma, como produtos e metas, temos a proposta subdivididas em 3 braços (subprojetos), sendo os dois primeiros em pesquisa básica, e um terceiro envolvendo pesquisa aplicada: A) Investigação dos efeitos da sobrecarga de ferro na liberação de cfDNA em animais de experimentação, sua origem e mecanismos envolvidos; B) Testar um possível papel do cfDNA como mediador no dano cardiovascular induzido pelo ferro em animais; e C) Estudar a associação entre cfDNA e parâmetros hematológicos, bioquímicos de ferro e dano local ou sistêmico em pacientes.
É fato que o melhor entendimento das bases moleculares do desenvolvimento de doenças cardiovasculares na sobrecarga de ferro tende a não somente facilitar o diagnóstico precoce, mas também conduzir novas investigações da aplicabilidade de potenciais modelos de estratificação de risco ou abordagem terapêutica, a fim de atender susceptibilidades e/ou condições individuais desses pacientes.

Starting date: 28/06/2021
Deadline (months): 99

Participants:

Role	Name
Collaborator *	VALERIO GARRONE BARAUNA
Coordinator *	LEONARDO DOS SANTOS
Student Master *	JANDINAY GONZAGA ALEXANDRE MAGESKI
Student Master *	LUIZ RICARDO RODRIGUES SILVA