Triagem de drogas de moléculas pequenas de alto rendimento para distúrbios do sono relacionados à idade usando Drosophila melanogaster

O sono, um dos comportamentos essenciais necessários para a sobrevivência humana, é caracterizado por dois estados principais: sono de movimento rápido dos olhos (REM) e sono NREM (non-rapid eye movement)¹. O sono NREM é composto por três estágios: N1 (transição entre vigília e sono), N2 (sono leve) e N3 (sono profundo, sono de ondas lentas), representando a progressão da vigília para o sono profundo¹. O sono desempenha um papel crucial na saúde física e mental². No entanto, o envelhecimento reduz a duração total do sono, a eficiência do sono, a porcentagem de sono de ondas lentas e a porcentagem de sono REM em adultos³. Indivíduos mais velhos tendem a passar mais tempo em sono leve em comparação com o sono de ondas lentas, tornando-os mais sensíveis a despertares noturnos. À medida que o número de despertares aumenta, o tempo médio de sono diminui, resultando em um padrão de sono fragmentado nos idosos, o que pode estar associado à excitação excessiva dos neurônios Hcrt em camundongos⁴. Além disso, declínios nos mecanismos circadianos relacionados à idade contribuem para uma mudança mais precoce na duração do sono ^5,6. Esses fatores, associados a doenças físicas, estresse psicológico, fatores ambientais e uso de medicamentos, tornam os idosos mais suscetíveis a distúrbios do sono, como insônia, distúrbio comportamental do sono REM, narcolepsia, movimentos periódicos das pernas, síndrome das pernas inquietas e distúrbios respiratórios do sono ^7,8.

Estudos epidemiológicos têm demonstrado que os distúrbios do sono estão intimamente ligados a doenças crônicas em idosos⁹, incluindo depressão 10, doenças cardiovasculares¹¹ e demência¹². A abordagem dos distúrbios do sono desempenha um papel crucial na melhoria e tratamento de doenças crônicas e na melhoria da qualidade de vida dos idosos. Atualmente, os pacientes dependem principalmente de drogas como benzodiazepínicos, não-benzodiazepínicos e agonistas dos receptores de melatonina para melhorar a qualidade do sono¹³. No entanto, os benzodiazepínicos podem levar à diminuição dos receptores e dependência após o uso prolongado, causando sintomas graves de abstinência após a descontinuação^14,15. Drogas não benzodiazepínicas também apresentam riscos, incluindo demência¹⁶, fraturas¹⁷ e câncer¹⁸. O agonista comumente usado do receptor de melatonina, o ramelteon, reduz a latência do sono, mas não aumenta a duração do sono e tem preocupações relacionadas à função hepática devido à extensa eliminação de primeira passagem¹⁹. A agomelatina, um agonista do receptor de melatonina e antagonista do receptor de serotonina, melhora a insônia relacionada à depressão, mas também representa um risco de dano hepático²⁰. Consequentemente, há uma necessidade urgente de medicamentos mais seguros para tratar ou aliviar distúrbios do sono. No entanto, as estratégias atuais de triagem de fármacos, baseadas em experimentos moleculares e celulares combinados com sistemas automatizados e análises computacionais, são caras e demoradas21. Estratégias de planejamento de fármacos baseadas na estrutura, baseadas na estrutura e propriedades do receptor, requerem uma compreensão clara da estrutura tridimensional do receptor e carecem de capacidade preditiva para os efeitos do fármaco²².

Em 2000, com base nos critérios de sono propostos por Campbell e Tobler em 1984²³, pesquisadores estabeleceram modelos animais simples para estudar o sono 24, incluindo Drosophila melanogaster, que exibia estados semelhantes aos do sono^25,26. Apesar das diferenças anatômicas entre Drosophila e humanos, muitos componentes neuroquímicos e vias de sinalização que regulam o sono em Drosophila são conservados no sono de mamíferos, facilitando o estudo de doenças neurológicas humanas^27,28. Drosophila também é extensivamente utilizada em estudos do ritmo circadiano, apesar das diferenças nos osciladores centrais entre moscas e mamíferos 29,30,31. Portanto, Drosophila serve como um organismo modelo valioso para estudar o comportamento do sono e conduzir a triagem de drogas relacionadas ao sono.

Este estudo propõe uma abordagem baseada em fenótipo simples e custo-efetiva para a triagem de drogas de pequenas moléculas para tratar distúrbios do sono usando moscas envelhecidas. A regulação do sono em Drosophila é altamente conservada²⁵, e o declínio do sono observado com a idade pode ser reversível através da administração de medicamentos. Assim, esse método de rastreamento baseado no fenótipo do sono pode refletir intuitivamente a eficácia da droga. Alimentamos as moscas com uma mistura do fármaco investigado com a alimentação, monitoramos e registramos o comportamento do sono usando o Drosophila Activity Monitor (DAM)³² e analisamos os dados adquiridos usando o pacote de dados de SCAMP2020 de código aberto no MATLAB (Figura 1). A análise estatística é realizada por meio de softwares estatísticos e gráficos (ver Tabela de Materiais). Como exemplo, demonstramos a efetividade desse protocolo apresentando dados experimentais sobre a Reserpina, uma pequena molécula inibidora do transportador vesicular de monoamina que aumenta o sono³³. Este protocolo fornece uma abordagem valiosa para identificar medicamentos para o tratamento de problemas de sono relacionados à idade.