Quando as pessoas pensam em DNA, muitas vezes imaginam um conjunto de genes que moldam nossos traços físicos, influenciam comportamento e ajudam a manter o funcionamento de nossas células e órgãos.
Porém, os genes representam apenas uma pequena parte de nosso código genético. Apenas cerca de 2% do DNA contém nossos cerca de 20.000 genes. Os outros 98% têm sido frequentemente chamados de genoma não codificador ou de “DNA lixo”. Essa porção maior inclui muitos dos interruptores de controle que determinam quando os genes são ativados e a intensidade com que atuam.
Astrócitos e os interruptores de DNA escondidos no cérebro
Pesquisadores da UNSW Sydney identificaram agora interruptores de DNA que ajudam a regular os astrócitos. Os astrócitos são células do cérebro que dão suporte aos neurônios e são conhecidos por estarem envolvidos na doença de Alzheimer.
Em uma pesquisa publicada em 18 de dezembro na Nature Neuroscience, uma equipe da Escola de Biotecnologia e Ciências Biomoleculares da UNSW relatou que testou quase 1000 possíveis interruptores em astrócitos humanos cultivados em laboratório. Esses interruptores são sequências de DNA chamadas de enhancers. Os enhancers podem estar distantes dos genes que influenciam, às vezes separados por centenas de milhares de letras de DNA, o que torna sua investigação desafiadora.
Testando quase 1000 enhancers de uma só vez
Para enfrentar esse desafio, os pesquisadores combinaram CRISPRi com sequenciamento de RNA de célula única. O CRISPRi é um método que pode desativar pequenos trechos de DNA sem cortá-los. O sequenciamento de RNA de célula única mede a atividade gênica em células individuais. Juntas, essas ferramentas permitiram que a equipe examinasse os efeitos de quase 1000 enhancers em um único teste de grande escala.
“Usamos CRISPRi para desligar potenciais enhancers nos astrócitos e ver se isso alterava a expressão gênica”, diz a autora principal, Dra. Nicole Green.
“E se isso acontecesse, então sabíamos que teríamos encontrado um enhancer funcional e poderíamos descobrir qual gene — ou genes — ele controla. Isso ocorreu para cerca de 150 dos potenciais enhancers que testamos. E, de forma notável, uma grande fração desses enhancers funcionais controlava genes implicados na doença de Alzheimer.”
Reduzir a lista de 1000 candidatos para cerca de 150 interruptores confirmados diminui consideravelmente a área de busca no genoma não codificador 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 enhancers funcionais no vasto espaço do DNA não codificador.”
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 em busca de alterações genéticas relacionadas a doenças.
“Quando pesquisadores buscam mudanças genéticas que explicam doenças como hipertensão, diabetes e também distúrbios psiquiátricos e neurodegenerativos como a doença de Alzheimer, muitas vezes acabamos encontrando mudanças não tanto dentro dos genes, mas entre eles”, diz ela.
A equipe dela testou diretamente essas sequências “intermediárias” em astrócitos humanos e mostrou quais enhancers realmente controlam genes importantes do cérebro.
“Ainda não estamos falando de terapias. Mas você não pode desenvolvê-las a menos que primeiro compreenda o diagrama de fiação. É isso que isso nos proporciona – uma visão mais profunda da circuitaria de controle gênico nos astrócitos.”
De interruptores de genes a modelos preditivos de IA
Executar quase mil testes de enhancers no laboratório exigiu um esforço meticuloso. Os pesquisadores afirmam que esta é a primeira vez que um teste de enhancer usando CRISPRi de tal magnitude foi realizado em células do cérebro. Agora que os alicerces foram estabelecidos, o conjunto de dados também pode ser utilizado para treinar modelos computacionais para prever quais enhancers suspeitos são reais interruptores gênicos, potencialmente economizando anos de trabalho laboratorial.
“Esse conjunto de dados pode ajudar biólogos computacionais a testar a eficácia de seus modelos preditivos na previsão da função dos enhancers”, diz a professora Voineagu.
Ela acrescenta que a equipe do DeepMind do Google já está utilizando o conjunto de dados para avaliar seu recente modelo de aprendizado profundo chamado AlphaGenome.
Potenciais ferramentas para terapia gênica e medicina de precisão
Como muitos enhancers são ativos apenas em tipos específicos de células, direcioná-los poderia oferecer uma maneira de ajustar a expressão gênica em astrócitos sem alterar neurônios ou outras células do cérebro.
“Embora isso ainda não esteja próximo de ser usado na clínica — e muito trabalho ainda seja necessário antes que essas descobertas possam levar a tratamentos — há um claro precedente”, diz a professora Voineagu.
“O primeiro medicamento de edição gênica aprovado para uma doença sanguínea — anemia falciforme — direciona um enhancer específico de tipo celular.”
A Dra. Green afirma que a pesquisa sobre enhancers pode se tornar uma parte importante da medicina de precisão.
“Isso é algo que queremos explorar mais a fundo: descobrir quais enhancers podemos usar para ativar ou desativar genes em um único tipo de célula cerebral, de maneira muito controlada”, diz ela.
