A doença cardíaca congênita é o defeito congênito mais comum, afetando cerca de 1 em cada 100 bebês nascidos a cada ano. Pode haver muitas causas para esta condição, incluindo alterações envolvendo o TBX5, um gene que desempenha um papel fundamental na formação do coração. Em alguns casos, um filho tem apenas uma cópia funcional do TBX5 em vez das duas cópias saudáveis herdadas de um pai.
Durante anos, os investigadores têm tentado compreender porque é que a perda da função de apenas uma cópia pode ter um impacto tão grande no desenvolvimento do coração, mesmo que a outra cópia ainda esteja a funcionar.
Pesquisadores do Gladstone Institute relatam agora que o TBX5 tem outro papel importante além de controlar a atividade genética. Ajuda a organizar o DNA na estrutura física tridimensional de que as células cardíacas precisam para funcionar adequadamente. Em um novo estudo publicado em CiênciaOs cientistas descobriram que perder até mesmo uma única cópia do TBX5 poderia perturbar esta organização, alterando a forma como muitos outros genes são usados dentro das células cardíacas.
As descobertas fornecem uma nova maneira de pensar sobre uma questão de longa data na genética: por que a perda de uma cópia de certos genes, uma condição chamada haploinsuficiência, pode causar sérios problemas durante o desenvolvimento.
“TBX5 é um exemplo de uma ampla classe de genes que causam defeitos congênitos quando apenas uma cópia é perdida”, diz Benoit Bruno, PhD, diretor do Instituto Gladstone de Doenças Cardiovasculares e autor sênior do estudo. “O que é interessante sobre as nossas descobertas é que elas sugerem que muitos defeitos congênitos diferentes podem ocorrer pela mesma razão: o manual de instruções 3D da célula está simplesmente dobrado da maneira errada”.
“Desenvolvemos e usamos diferentes modelos computacionais para analisar os resultados de milhares de células individuais”, diz Katie Pollard, PhD, diretora do Instituto Gladstone de Ciência de Dados e Biotecnologia e outra autora sênior do estudo. “Isso nos permitiu finalmente ver como a perda dessa proteína quebra a estrutura do DNA do coração em todos os níveis”.
Como o dobramento do DNA ajuda as células a funcionar
Compactar o DNA em uma célula é uma conquista notável. É como apertar um manual de instruções com quilômetros de extensão na cabeça de um alfinete. Mas o DNA não é embalado aleatoriamente. Cada tipo de célula dobra seu material genético em um arranjo tridimensional específico, permitindo que a célula cardíaca acesse um conjunto de instruções diferente da célula cerebral.
Esta estrutura 3D está organizada em várias camadas. Isso inclui grandes compartimentos (como pastas separadas de manuais), domínios (como parágrafos) e loops de cromatina (como virar uma página para que duas frases distantes se toquem). Esses loops acionam interruptores genéticos distantes, chamados intensificadores, para fazer contatos físicos com genes específicos. Eles ajudam as células de contato a ativar as instruções de que precisam.
Os cientistas já sabiam que o TBX5 era um dos principais reguladores do desenvolvimento do coração. A proteína ajuda a ativar muitos genes necessários para o crescimento e funcionamento das células cardíacas. Trabalhos anteriores do laboratório de Bruneau mostraram que a perda de uma cópia do TBX5 afeta os níveis de centenas de outros genes específicos do coração. O que não ficou claro foi como exatamente isso aconteceu.
Assim, os investigadores decidiram determinar se a dobragem física do ADN afecta o comportamento das células cardíacas e se o TBX5 ajuda a controlar esse processo.
Mapeando o genoma 3D do coração
Para investigar, a equipe combinou vários métodos avançados que permitiram examinar como diferentes células respondem a diferentes quantidades de TBX5. Eles guiaram as células-tronco humanas para se tornarem células do músculo cardíaco. Algumas células eram saudáveis, algumas não tinham uma cópia do TBX5 e outras não tinham ambas as cópias.
Os cientistas então usaram mapeamento 3D de alta resolução para examinar as alças de DNA com extremo detalhe.
Como o experimento gerou milhões de pontos de dados de milhares de células individuais, os pesquisadores confiaram em modelos computacionais para analisar o enorme conjunto de dados.
“Usando uma abordagem computacional personalizada que desenvolvemos, pudemos ver pela primeira vez como a perda de TBX5 desencadeia o colapso completo da organização 3D do DNA do coração”, diz Shuzhen Kuang, PhD, primeiro autor do estudo e ex-bolsista de bioinformática no laboratório de Pollard. “Surpreendentemente, descobrimos que esse colapso ocorre em todos os níveis da organização do genoma – compartimentos, domínios e alças de cromatina”.
TBX5 atua como arquiteto do DNA cardíaco
À medida que as células estaminais saudáveis se desenvolveram em células do músculo cardíaco, os investigadores observaram grandes mudanças na organização do genoma. À medida que as células amadureceram, grande parte do DNA alternou entre os estados ativo e inativo.
TBX5 emergiu como o organizador central destas mudanças estruturais.
Os pesquisadores descobriram que o TBX5 atua como um GPS para um motor molecular chamado coesina. TBX5 ajuda a direcionar a coesina para os locais corretos no DNA, onde forma uma alça de cromatina que une os genes com seus intensificadores.
Quando os níveis de TBX5 ficam muito baixos, esses loops não podem se formar adequadamente. O DNA dobra-se incorretamente e genes importantes envolvidos no desenvolvimento do coração podem não ser ativados quando necessário.
“O que foi surpreendente foi que a quantidade de TBX5 era tão importante”, diz Zoe Grant, PhD, primeira autora do estudo e investigadora de pós-doutoramento no laboratório de Bruneau. “Quanto mais TBX5 você removeu, mais perturbações vimos em todos os níveis da organização do genoma, pior ficou.”
Os resultados mostraram que reduzir o TBX5 para metade da sua quantidade normal é suficiente para perturbar a dobragem do ADN e contribuir diretamente para defeitos cardíacos.
Os investigadores também descobriram que as células cardíacas individuais não respondem à perda de TBX5 exactamente da mesma forma. Diferenças claras apareceram entre os dois principais tipos de células cardíacas, células atriais e ventriculares. Variação foi observada mesmo em células diferentes do mesmo tipo.
“Isso pode ajudar a explicar por que pessoas com a mesma mutação podem ter defeitos cardíacos diferentes”, diz Grant.
Um mecanismo abrangente para doenças do desenvolvimento
Embora as descobertas forneçam novos insights sobre doenças cardíacas congênitas, os pesquisadores acreditam que o mesmo mecanismo básico pode estar envolvido em outros distúrbios do desenvolvimento.
“Acreditamos ter descoberto um novo mecanismo de doença”, diz Bruneau. “Mostramos que mesmo uma pequena redução em uma proteína pode causar o dobramento incorreto do modelo do DNA e causar doenças. Portanto, muitos defeitos congênitos atualmente atribuídos a mutações genéticas podem, na verdade, ser causados pelo dobramento incorreto do DNA em 3D.”
As descobertas sugerem que certas mutações genéticas podem causar doenças não apenas alterando as instruções genéticas individuais, mas também perturbando a organização física do genoma.
Em seguida, a equipe planeja determinar quando o Tbx5 começa a organizar o genoma durante o desenvolvimento inicial do coração. Os investigadores também querem saber se outras proteínas ligadas a defeitos congénitos também moldam o ADN de forma semelhante.
sobre o estudo
O artigo, “Sensibilidade dependente da dose da cromatina tridimensional humana a um fator de transcrição associado a doenças cardíacas”, foi publicado na revista. Ciência Em 23 de julho de 2026. O autor é Zoe L. Grant, Shuzhen Kuang, Shu Zhang, Abraham J. Horillo, Zhe Chen, Kavita S. Rao, Cemre Selen, Vasumathi Kameswaran, Carine Joubran, Deepak Srivastava, Katie Pollard e Benoit Bruno de Gladstone; Pik Ki Lau, Kei Dong, Bing Yang, Veronica M. Bartosik, Nathan R. Zemke e Bing Ren da UC San Diego; e Irfan S. Kathiriya da UC San Francisco.
Este trabalho foi apoiado pelos Institutos Nacionais de Saúde (NHLBI U01 HL157989, UM1HG011585, R01 HL155906), pelo Instituto de Medicina Regenerativa da Califórnia, por empreendimentos adicionais, pelos Institutos Gladstone, pela Fundação Roddenberry, pelo Younger Family Fund, pela UC San Francisco, pela Saving Tiny Hearts Society e pela National Science Foundation.
