Melatonina como terapia antioxidante: mecanismos celulares de adaptação redox em camundongos transgênicos para anemia falciforme

Abstract

A anemia falciforme (AF) é uma doença genética caracterizada pela produção de hemoglobina S (HbS), que desencadeia quadros oxidativo e inflamatório crônicos. A melatonina (MEL), um potente antioxidante, tem demonstrado potencial para mitigar os danos oxidativos e modular a homeostase redox. Este estudo investigou os efeitos protetores da MEL em um modelo transgênico de camundongos com AF, divididos em três grupos: controle (SA), transgênicos não tratados (SS) e transgênicos tratados com MEL (SS+MEL; 10 mg/kg por 60 dias). Foram analisados (i) a expressão gênica de genes relacionados ao metabolismo redox (Nfe2l2, Foxo3, Mst1, Ywhaz, Cat, Sod1, Gpx1, Prdx1, Trx1, Txnip) e moléculas reguladoras (Eif2s1, Atf4, Slc22a4) em células progenitoras da medula óssea, e a quantificação desses resultados se baseou na derivação da fórmula 2-ΔΔCT; (ii) atividades enzimáticas de antioxidantes (CAT, GPx, GR, GST, G6PDH, CYB5R) em eritrócitos, por espectrofotometria; e (iii) análises in silico, para previsão modos de ligação, estabilidade estrutural dos complexos e avaliação da afinidade de ligação dos ligantes às proteínas-alvo (FoxO3, 14-3-3 PRDX1, TXNIP, e ATF4). As análises estatísticas foram realizadas pelo General Linear Model, no formato one-way ANOVA, seguido pelo post hoc de Bonferroni. Os resultados mostraram que o tratamento com MEL reduziu a expressão de genes-chave envolvidos na homeostase redox, como Nfe2l2 e Foxo3, enquanto estes se mantiveram elevados nos SS (~3x vs. SA); ainda, o grupo SS apresentou níveis de transcritos reduzidos para a Sod1, Prdx1 e Trx1 e o tratamento com MEL restaurou para níveis semelhantes aos do grupo controle, enquanto a Txnip apresentou níveis reduzidos sob tratamento e semelhantes ao controle nos SS, sugerindo um papel da MEL na modulação das principais vias de adaptação redox. A análise bioquímica revelou atividade ~3,5x elevada da GPx no grupo SS+MEL em relação ao não tratado, indicando que a MEL atuou diretamente no combate das espécies reativas, não havendo o consumo da enzima. Além disso, a MEL reduziu significativamente a expressão de genes envolvidos em vias inflamatórias (Nlrp3 e Kit1), reforçando suas propriedades anti-inflamatórias. As análises in silico apontaram para possíveis interações entre a MEL e proteínas envolvidas na regulação redox, como FoxO3, PRDX1 e TXNIP. Esses resultados podem sugerir que a MEL é capaz de modular diretamente a atividade dessas proteínas, corroborando a hipótese de que a MEL atua não apenas como antioxidante direto, mas também como reguladora de vias redox e inflamatórias. Os achados deste estudo destacam o potencial da MEL como uma alternativa terapêutica para a AF, modulando genes fundamentais para adaptação celular em resposta a estressores oxidativos e inflamatórios, de forma semelhante à de tratamentos estabelecidos, como a hidroxicarbamida (HC) e a L-glutamina. Em conclusão, a capacidade da MEL de modular múltiplas vias patogênicas da AF, combinada com seu perfil de segurança, torna-a uma opção viável para melhorar a qualidade de vida dos pacientes e complementar as terapias existentes. Este estudo fornece uma base sólida para futuras investigações sobre o uso da MEL no tratamento de doenças hematológicas caracterizadas por estresse oxidativo e inflamação crônica.

Sickle cell anemia (SCA) is a genetic disease characterized by the production of hemoglobin S (HbS), which triggers chronic oxidative and inflammatory conditions. Melatonin (MEL), a potent antioxidant, has shown potential to mitigate oxidative damage and modulate redox homeostasis. This study investigated the protective effects of MEL in a transgenic model of SCA mice, divided into three groups: control (SA), untreated transgenics (SS) and transgenics treated with MEL (SS+MEL; 10 mg/kg for 60 days). We analyzed (i) gene expression of genes related to redox metabolism (Nfe2l2, Foxo3, Mst1, Ywhaz, Cat, Sod1, Gpx1, Prdx1, Trx1, Txnip) and regulatory molecules (Eif2s1, Atf4, Slc22a4) in bone marrow progenitor cells, and quantification of these results was based on the derivation of the formula 2-ΔΔCT; (ii) enzymatic activities of antioxidants (CAT, GPx, GR, GST, G6PDH, CYB5R) in erythrocytes, by spectrophotometry; and (iii) in silico analyses, to predict binding modes, structural stability of the complexes and evaluation of the binding affinity of the ligands to the target proteins (FoxO3, 14-3-3 PRDX1, TXNIP, and ATF4). Statistical analyses were performed using the General Linear Model, in one-way ANOVA format, followed by Bonferroni's post hoc test. The results showed that MEL treatment reduced the expression of key genes involved in redox homeostasis, such as Nfe2l2 and Foxo3, while these remained elevated in SS (~3x vs. SA); furthermore, the SS group presented reduced transcript levels for Sod1, Prdx1 and Trx1 and MEL treatment restored them to levels similar to those of the control group, while Txnip presented reduced levels under treatment and similar to the control in SS, suggesting a role of MEL in the modulation of the main redox adaptation pathways. Biochemical analysis revealed ~3.5x higher GPx activity in the SS+MEL group compared to the untreated group, indicating that MEL acted directly in combating reactive species, with no consumption of the enzyme. Furthermore, MEL significantly reduced the expression of genes involved in inflammatory pathways (Nlrp3 and Kit1), reinforcing its anti-inflammatory properties. In silico analyses pointed to possible interactions between MEL and proteins involved in redox regulation, such as FoxO3, PRDX1 and TXNIP. These results may suggest that MEL is capable of directly modulating the activity of these proteins, corroborating the hypothesis that MEL acts not only as a direct antioxidant, but also as a regulator of redox and inflammatory pathways. The findings of this study highlight the potential of MEL as a therapeutic alternative for SCA, modulating genes essential for cellular adaptation in response to oxidative and inflammatory stressors, similarly to established treatments such as hydroxycarbamide (HC) and L-glutamine. In conclusion, the ability of MEL to modulate multiple pathogenic pathways of SCA, combined with its safety profile, makes it a viable option to improve the quality of life of patients and complement existing therapies. This study provides a solid basis for future investigations into the use of MEL in the treatment of hematologic diseases characterized by oxidative stress and chronic inflammation.