Quando as pessoas imaginam o DNA, frequentemente pensam em um conjunto de genes que moldam nossos traços físicos, influenciam o comportamento e ajudam a manter nossas células e órgãos funcionando.
Mas os genes representam apenas uma pequena fração do nosso código genético. Apenas cerca de 2% do DNA contém nossos aproximadamente 20.000 genes. Os outros 98% foram rotulados como o genoma não codificante, ou o chamado DNA “lixo”. Essa porção maior inclui muitos dos interruptores de controle que determinam quando os genes são ativados e quão fortemente atuam.
Astrócitos e interruptores de DNA ocultos no cérebro
Pesquisadores da UNSW Sydney agora identificaram interruptores de DNA que ajudam a regular os astrócitos. Os astrócitos são células do cérebro que apoiam os neurônios e são conhecidos por estarem envolvidos na doença de Alzheimer.
Em uma pesquisa publicada no dia 18 de dezembro na Nature Neuroscience, uma equipe da Escola de Biotecnologia e Ciências Biomoleculares da UNSW relatou que testaram quase 1000 possíveis interruptores em astrócitos humanos cultivados em laboratório. Esses interruptores são sequências de DNA chamadas de potenciadores. Os potenciadores podem estar localizados longe dos genes que influenciam, às vezes separados por centenas de milhares de letras de DNA, o que os torna difíceis de investigar.
Testando quase 1000 potenciadores de uma vez
Para resolver esse problema, os pesquisadores combinaram CRISPRi com sequenciamento de RNA de única célula. O CRISPRi é um método que pode desligar pequenas sequências de DNA sem cortá-las. O sequenciamento de RNA de única célula mede a atividade gênica em células individuais. Juntas, essas ferramentas permitem à equipe examinar os efeitos de quase 1000 potenciadores em um único teste em larga escala.
“Usamos o CRISPRi para desativar potenciais potenciadores nos astrócitos para ver se isso alterava a expressão gênica”, diz a autora principal, Dra. Nicole Green.
“E se alterasse, saberíamos que tínhamos encontrado um potenciador funcional e poderíamos descobrir qual gene — ou genes — ele controla. Isso aconteceu com cerca de 150 dos potenciais potenciadores que testamos. E, notavelmente, uma grande fração desses potenciadores funcionais controlou genes implicados na doença de Alzheimer.”
Reduzir a lista de 1000 candidatos para cerca de 150 interruptores confirmados diminui significativamente a área de busca no genoma não codificante por pistas genéticas ligadas à doença de Alzheimer.
“Essas descobertas sugerem que estudos semelhantes em outros tipos de células do cérebro são necessários para destacar os potenciadores funcionais no vasto espaço do DNA não codificante.”
Por que o DNA “intermediário” é importante para muitas doenças
A professora Irina Voineagu, que supervisionou o estudo, afirma que os resultados também fornecem uma referência útil para interpretar outras pesquisas genéticas. As descobertas da equipe criam um catálogo de regiões de DNA que podem ajudar a explicar resultados de estudos que buscam mudanças genéticas relacionadas a doenças.
“Quando os pesquisadores procuram mudanças genéticas que expliquem doenças como hipertensão, diabetes e também distúrbios psiquiátricos e neurodegenerativos como a doença de Alzheimer — frequentemente acabamos encontrando mudanças não tanto dentro dos genes, mas entre eles”, diz ela.
A equipe dela testou diretamente esses trechos “intermediários” em astrócitos humanos e mostrou quais potenciadores realmente controlam genes-chave do cérebro.
“Ainda não estamos falando de terapias. Mas você não pode desenvolvê-las a menos que primeiro entenda o diagrama elétrico. Isso é o que isso nos proporciona — uma visão mais profunda sobre a circuitaria do controle gênico nos astrócitos.”
Dos interruptores gênicos aos modelos preditivos de IA
Realizar quase mil testes de potenciadores no laboratório exigiu um esforço minucioso. Os pesquisadores afirmam que é a primeira vez que uma triagem de potenciadores com CRISPRi dessa magnitude foi realizada em células do cérebro. Agora que a base foi estabelecida, o conjunto de dados também pode ser usado para treinar modelos computacionais para prever quais potenciadores suspeitos são interruptores genuínos, potencialmente economizando anos de trabalho de laboratório.
“Esse conjunto de dados pode ajudar biólogos computacionais a testar a eficácia de seus modelos preditivos na previsão da função de potenciadores”, diz a Prof. Voineagu.
Ela acrescenta que a equipe do Google DeepMind já está usando o conjunto de dados para avaliar seu recente modelo de aprendizado profundo chamado AlphaGenome.
Ferramentas potenciais para terapia gênica e medicina de precisão
Como muitos potenciadores são ativos apenas em tipos celulares específicos, direcioná-los pode oferecer uma maneira de ajustar a expressão gênica em astrócitos sem alterar neurônios ou outras células do cérebro.
“Embora isso não esteja perto de ser usado na clínica ainda — e muito trabalho ainda precisa ser feito antes que essas descobertas possam levar a tratamentos — há um precedente claro”, diz a Prof. Voineagu.
“O primeiro medicamento de edição gênica aprovado para uma doença sanguínea — anemia falciforme — visa um potenciador específico para um tipo celular.”
A Dra. Green afirma que a pesquisa sobre potenciadores pode se tornar uma parte importante da medicina de precisão.
“Isso é algo que queremos explorar com mais profundidade: descobrir quais potenciadores podemos usar para ativar ou desativar genes em um único tipo de célula cerebral, e de uma forma muito controlada”, diz ela.
