Quando as pessoas imaginam o DNA, geralmente pensam em um conjunto de genes que moldam nossos traços físicos, influenciam o comportamento e ajudam a manter nossas células e órgãos funcionando.
No entanto, os genes representam apenas uma pequena parte do nosso código genético. Apenas cerca de 2% do DNA contém os nossos cerca de 20.000 genes. Os outros 98% há muito são 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 eles atuam.
Astócitos e interruptores de DNA ocultos no cérebro
Pesquisadores da UNSW Sydney agora identificaram interruptores de DNA que ajudam a regular os astócitos. Os astócitos são células do cérebro que suportam os neurônios e estão 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 reportou que testaram quase 1000 possíveis interruptores em astócitos humanos cultivados em laboratório. Esses interruptores são cordões de DNA chamados de potenciadores. Os potenciadores podem estar distantes 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 célula única. CRISPRi é um método que pode desligar pequenos trechos de DNA sem cortá-los. O sequenciamento de RNA de célula única mede a atividade gênica em células individuais. Juntas, as ferramentas permitiram que a equipe examinasse os efeitos de quase 1000 potenciadores em um único teste em grande escala.
“Usamos CRISPRi para desligar potenciadores potenciais nos astócitos para ver se isso alterava a expressão gênica”, diz a autora principal, Dra. Nicole Green.
“E se isso ocorresse, então sabíamos que tínhamos encontrado um potenciador funcional e poderíamos descobrir qual gene — ou genes — ele controla. Isso ocorreu com cerca de 150 dos potenciadores potenciais que testamos. E, notavelmente, uma grande parte desses potenciadores funcionais controlava 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 cerebrais são necessários para destacar os potenciadores funcionais no vasto espaço do DNA não codificante.”
Por que o DNA “intermediário” importa 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 — muitas vezes acabamos com mudanças não dentro dos genes, mas em intervalos intermediários”, diz ela.
Sua equipe testou diretamente esses trechos “intermediários” em astócitos 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 de fiação. Isso é o que isso nos proporciona — uma visão mais profunda da circuitaria de controle gênico em astócitos.”
Dos interruptores gênicos a modelos de previsão por IA
Realizar quase mil testes de potenciadores no laboratório exigiu um esforço meticuloso. Os pesquisadores afirmam que este é o primeiro teste de potenciadores utilizando CRISPRi dessa magnitude realizado em células cerebrais. 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 gênicos reais, potencialmente economizando anos de trabalho laboratorial.
“Este conjunto de dados pode ajudar biólogos computacionais a testar a eficácia de seus modelos de previsão em prever a função dos potenciadores”, diz a Prof. Voineagu.
Ela acrescenta que a equipe do DeepMind do Google 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 estão ativos apenas em tipos celulares específicos, direcioná-los poderia oferecer uma maneira de ajustar a expressão gênica em astócitos 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 Prof. Voineagu.
“O primeiro medicamento de edição gênica aprovado para uma doença sanguínea — anemia falciforme — é direcionado a um potenciador específico de 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 mais a fundo: descobrir quais potenciadores podemos usar para ativar ou desativar genes em um único tipo celular cerebral, de uma maneira muito controlada”, diz ela.