Quando as pessoas imaginam o ADN, muitas vezes imaginam o 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 cerca de 2% do DNA contém nossos mais de 20 mil genes. Os 98% restantes são há muito chamados de genoma não codificante ou o chamado DNA “lixo”. Esta grande parte inclui muitos interruptores de controle que determinam quando os genes são ativados e com que intensidade eles funcionam.
Astrócitos e interruptores ocultos de DNA no cérebro
Pesquisadores da UNSW Sydney identificaram os interruptores de DNA que ajudam a regular 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 em Neurociência da naturezauma equipe da Escola de Biotecnologia e Ciências Biomoleculares da UNSW relatou que testou quase 1.000 possíveis interruptores em astrócitos humanos de laboratório. Esses interruptores são filamentos de DNA chamados 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.
Testando quase 1.000 amperes simultaneamente
Para resolver este problema, os pesquisadores combinaram o CRISPRi com o sequenciamento de RNA unicelular. CRISPRi é uma técnica que pode desativar pequenos trechos de DNA sem cortá-los. O sequenciamento de RNA unicelular mede a atividade genética em células individuais. Juntas, essas ferramentas permitem que a equipe examine os efeitos de quase 1.000 amplificadores em um teste em larga escala.
“Usamos o CRISPRi para desligar potenciadores potenciais nos astrócitos para ver se isso alterava a expressão genética”, disse a autora principal, Dra. Nicole Green.
“E quando isso aconteceu, sabíamos que tínhamos encontrado um intensificador funcional e poderíamos então descobrir que gene – ou genes – ele controla. Foi o que aconteceu com cerca de 150 amplificadores potenciais que testamos. E, surpreendentemente, uma grande proporção desses intensificadores funcionais controlava genes associados à doença de Alzheimer.”
Reduzir a lista de 1.000 candidatos para cerca de 150 alterações confirmadas reduz significativamente a área de pesquisa no genoma não-codificante por pistas genéticas associadas à doença de Alzheimer.
“Essas descobertas sugerem que estudos semelhantes em outros tipos de células cerebrais são necessários para identificar intensificadores funcionais na vasta extensão de DNA não-codificante”.
Por que o DNA “intermediário” é relevante para muitas doenças
A professora Irina Voineagu, que liderou o estudo, afirma que os resultados também são 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 pesquisadores procuram alterações genéticas que explicam doenças como hipertensão, diabetes e distúrbios psiquiátricos e neurodegenerativos como a doença de Alzheimer, muitas vezes acabamos com alterações não tanto dentro dos genes, mas entre eles”, diz 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 sobre terapia. Mas você não pode projetá-los a menos que primeiro entenda o diagrama de fiação. É isso que isso nos dá – uma visão mais profunda do circuito de controle genético nos astrócitos.”
Da mudança genética aos modelos preditivos de inteligência artificial
A realização de quase mil testes do amplificador em laboratório exigiu um esforço árduo. Os pesquisadores dizem que esta é a primeira vez que um intensificador CRISPRi desse tamanho é introduzido nas células cerebrais. Agora que a preparação está concluída, 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 quão bem seus modelos de previsão são na previsão da função do intensificador”, diz o professor Voineagu.
Ela acrescenta que a equipe do Google DeepMind já está usando o conjunto de dados para avaliar seu 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 em astrócitos sem alterar os neurônios ou outras células cerebrais.
“Embora isto ainda não esteja perto de ser utilizado na clínica – e ainda haja muito trabalho a ser feito antes que estas descobertas possam levar ao tratamento – há um precedente claro”, diz o professor Voineagu.
“O primeiro medicamento de edição genética aprovado para o tratamento da doença sanguínea falciforme tem como alvo um intensificador de tipo celular específico.”
Dr. Green diz que a pesquisa sobre intensificadores pode se tornar uma parte importante da medicina de precisão.
“É isso que queremos analisar com mais profundidade: descobrir quais amplificadores podemos usar para ligar ou desligar genes num determinado tipo de célula cerebral, e de uma forma muito controlada”, diz ela.
