Quando as pessoas imaginam o ADN, muitas vezes visualizam um conjunto de genes que moldam as nossas características físicas, influenciam o comportamento e ajudam a manter as nossas células e órgãos a funcionar.
Mas os genes constituem apenas uma pequena parte do nosso código genético. Apenas 2% do DNA contém nossos cerca de 20.000 genes. Os 98% restantes são há muito rotulados como genoma não codificante, ou o chamado DNA “lixo”. Esta parte maior contém uma série de interruptores de controle que determinam quando o gene é ativado e com que intensidade ele funciona.
Astrócitos e interruptores ocultos de DNA no cérebro
Pesquisadores da UNSW Sydney identificaram agora os interruptores de DNA que ajudam a controlar os astrócitos. Os astrócitos são células cerebrais que sustentam os neurônios e são conhecidas por estarem envolvidas na doença de Alzheimer.
Em um estudo publicado em 18 de dezembro, o Dr. Natureza é neurociênciaUma equipe da Escola de Biotecnologia e Ciências Biomoleculares da UNSW relata que testou quase 1.000 interruptores potenciais em astrócitos humanos cultivados em laboratório. Esses interruptores são cadeias de DNA chamadas intensificadores. Os intensificadores podem ficar longe dos genes que afetam, às vezes separados por vários milhares de letras de DNA, tornando-os difíceis de investigar.
Cerca de 1000 intensificadores estão sendo testados por vez
Para resolver esse problema, os pesquisadores combinaram o CRISPRI com o sequenciamento de RNA unicelular. CRISPRi é uma técnica que pode interromper pequenas seções de DNA sem cortá-lo. O sequenciamento de RNA unicelular mede a atividade genética em células individuais. Juntas, as ferramentas permitiram à equipe testar os efeitos de quase 1.000 intensificadores em um experimento em larga escala.
“Usamos o CRISPRi para desligar potenciais intensificadores nos astrócitos para ver se isso alterava a expressão genética”, disse a autora principal, Dra. Nicole Green.
“E se isso acontecesse, sabíamos que havíamos encontrado um intensificador funcional e poderíamos então descobrir qual gene – ou genes – ele regulava. Este foi o caso de cerca de 150 potenciais intensificadores que testamos. E, surpreendentemente, uma grande fração desses genes regulados por intensificadores funcionais estava envolvida na doença de Alzheimer.”
Reduzir a lista para cerca de 150 mudanças confirmadas de 1.000 candidatos reduziu enormemente o campo de busca no genoma não-codificante por pistas genéticas relacionadas à doença de Alzheimer.
“Estes resultados sugerem que são necessários estudos semelhantes noutras células cerebrais para destacar os melhoradores funcionais da grande região do ADN não codificante”
Por que o DNA “médio” é importante para muitas doenças
A professora Irina Voenigu, que supervisionou a pesquisa, disse que as descobertas fornecem uma referência útil para a interpretação de outros estudos genéticos. As descobertas da equipe criam um catálogo de regiões de DNA que podem ajudar a interpretar os resultados do estudo para alterações genéticas associadas a doenças.
“Quando os investigadores procuram alterações genéticas que explicam doenças como hipertensão, diabetes e doenças psiquiátricas e neurodegenerativas como a doença de Alzheimer – muitas vezes acabamos não apenas com alterações nos genes, mas com alterações neles”, diz ela.
Sua equipe testou o trecho diretamente no “meio” dos astrócitos humanos e mostrou quais intensificadores realmente regulam os principais genes cerebrais.
“Ainda não estamos falando de terapias. Mas você não pode desenvolvê-las a menos que primeiro entenda o diagrama elétrico. É isso que isso nos dá – uma visão profunda do circuito de regulação genética dos astrócitos.”
Das mudanças genéticas aos modelos de previsão de IA
Foi necessário um esforço árduo para executar quase mil testes de amplificação no laboratório. Os pesquisadores dizem que esta é a primeira vez que uma tela intensificadora CRISPRi desse tamanho é executada em células cerebrais. Agora que o trabalho de base está feito, o conjunto de dados também pode ser usado para treinar modelos de computador para prever quais potenciadores suspeitos são verdadeiros interruptores genéticos, potencialmente poupando anos de trabalho de laboratório.
“Este conjunto de dados pode ajudar os biólogos computacionais a testar quão bem seus modelos de previsão são na previsão da função do intensificador”, disse o professor Voenigue.
Ele acrescentou que a equipe DeepMind do Google já está usando o conjunto de dados para avaliar seu mais recente modelo de aprendizado profundo chamado AlphaGenome.
Ferramentas potenciais para terapia genética e medicina de precisão
Como muitos intensificadores são ativos apenas em tipos específicos de células, direcioná-los pode oferecer uma maneira de ajustar a expressão genética nos astrócitos sem alterar os neurônios ou outras células cerebrais.
“Embora ainda não esteja perto de ser usado na clínica – e ainda há muito trabalho a fazer antes que estas descobertas possam levar ao tratamento – há um precedente claro”, disse o professor Voenigue.
“O primeiro medicamento de edição genética aprovado para uma doença sanguínea – anemia falciforme – tem como alvo um intensificador específico do tipo de célula”.
Dr. Green diz que a pesquisa de aprimoramento pode se tornar uma parte importante da medicina de precisão.
“Isso é algo que queremos analisar mais profundamente: descobrir quais estimuladores podemos usar para ativar ou desativar genes em tipos individuais de células cerebrais e de maneira muito controlada”, diz ela.
