Quando as pessoas imaginam o DNA, geralmente imaginam um grupo de genes que moldam nossas características físicas, influenciam o comportamento e ajudam nossas células e órgãos a funcionar.
Mas os genes constituem apenas uma pequena parte do nosso código genético. Cerca de 2% do nosso DNA contém mais de 20.000 dos nossos genes. Os outros 98% há muito são rotulados como não-codificantes, ou o chamado DNA “lixo”. Esta seção maior inclui muitos interruptores de controle que determinam quando os genes são ativados e com que intensidade eles agem.
Astrócitos e a mudança oculta do DNA no cérebro
Pesquisadores da Universidade de Nova Gales do Sul, em Sydney, identificaram agora uma mudança no DNA que ajuda a regular os astrócitos. Os astrócitos são células cerebrais que sustentam os neurônios e são conhecidos por estarem envolvidos na doença de Alzheimer.
Pesquisa publicada em 18 de dezembro Neurociência da NaturezaUma equipe da Escola de Biotecnologia e Ciências Biomoleculares da UNSW relata que testou quase 1.000 possíveis interruptores em astrócitos humanos cultivados em laboratório. Esses interruptores são cadeias de DNA chamadas intensificadores. Os intensificadores podem estar localizados longe dos genes que afetam, às vezes separados por centenas de milhares de letras de DNA, tornando-os difíceis de estudar.
Teste quase 1.000 boosters simultaneamente
Para resolver este problema, os pesquisadores combinaram o CRISPRi com o sequenciamento de RNA unicelular. CRISPRi é um método que desativa um pequeno trecho de DNA sem cortá-lo. O sequenciamento de RNA unicelular mede a atividade genética em células individuais. Essas ferramentas permitiram à equipe examinar os efeitos de quase 1.000 intensificadores em um teste em larga escala.
“Usamos o CRISPRi para desligar potenciais intensificadores nos astrócitos para ver se isso alterava a expressão genética”, disse a autora principal Nicole Green, Ph.D.
“Se isso acontecer, então saberemos que encontramos um intensificador funcional e poderemos então descobrir qual gene, ou genes, ele controla. Este foi o caso de cerca de 150 potenciais intensificadores que testamos. Surpreendentemente, um grande número destes intensificadores funcionais controlam genes envolvidos na doença de Alzheimer.”
A redução da lista de 1.000 candidatos para cerca de 150 mudanças confirmadas reduziu significativamente a busca por pistas genéticas relacionadas à doença de Alzheimer no genoma não codificante.
“Essas descobertas sugerem que estudos semelhantes em outros tipos de células cerebrais são necessários para destacar intensificadores funcionais no vasto espaço do DNA não-codificante”.
Por que o DNA “intermediário” é importante para muitas doenças
A professora Irina Woneagu, que liderou o estudo, disse que as descobertas também 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 explicar os resultados de estudos que procuram alterações genéticas associadas a doenças.
“Quando os investigadores procuram alterações genéticas para explicar condições como hipertensão e diabetes, bem como distúrbios psiquiátricos e doenças neurodegenerativas como a doença de Alzheimer, muitas vezes acabamos com alterações não dentro dos genes, mas sim entre eles”, disse ela.
Sua equipe testou diretamente esses trechos “intermediários” em astrócitos humanos e mostrou quais intensificadores realmente controlam os principais genes cerebrais.
“Ainda não estamos falando de terapias. Mas você não pode desenvolvê-las a menos que entenda primeiro o diagrama de fiação. É isso que isso nos dá – uma compreensão mais profunda do circuito de controle genético dos astrócitos.”
De mudanças genéticas a modelos preditivos de inteligência artificial
A realização de quase mil testes de intensificadores no laboratório exige um esforço minucioso. Os pesquisadores dizem que esta é a primeira vez que uma tela intensificadora CRISPRi desse tamanho foi realizada em células cerebrais. Agora que o trabalho de base está completo, o conjunto de dados também pode ser usado para treinar modelos de computador para prever quais potenciadores suspeitos são verdadeiros interruptores genéticos, poupando potencialmente anos de trabalho de laboratório.
“Este conjunto de dados pode ajudar os biólogos computacionais a testar o desempenho de seus modelos preditivos na previsão da função intensificadora”, disse o professor Voineagu.
A equipe DeepMind do Google já está usando o conjunto de dados para avaliar seu mais recente modelo de aprendizado profundo, chamado AlphaGenome, acrescentou ela.
Ferramentas potenciais para terapia genética e medicina de precisão
Como muitos intensificadores são ativos apenas em tipos específicos de células, direcioná-los poderia fornecer uma maneira de ajustar a expressão genética nos astrócitos sem alterar os neurônios ou outras células cerebrais.
O professor Voineagu disse: “Embora isso ainda não esteja perto de ser usado clinicamente e ainda haja muito trabalho a ser feito antes que essas descobertas possam levar a tratamentos, há um precedente claro”.
“O primeiro medicamento de edição genética aprovado para tratar uma doença sanguínea – anemia falciforme – tem como alvo intensificadores específicos do tipo de célula.”
Dr. Green disse que a pesquisa com intensificadores pode se tornar uma parte importante da medicina de precisão.
“Isso é algo que queremos analisar mais profundamente: descobrir quais intensificadores podemos usar para ativar ou desativar genes em tipos individuais de células cerebrais de uma forma muito controlada”, disse ela.
