Um estudo publicado nesta quinta-feira (12), na revista científica eLife, descreve pela primeira vez o mapeamento em escala genômica de uma modificação pouco explorada da histona H3 — a acetilação da lisina 115 (H3K115ac) — e a associa a um tipo específico de nucleossomo instável presente em regiões regulatórias-chave do DNA. O trabalho, conduzido por pesquisadores da University of Edinburgh em colaboração com centros da França, Reino Unido e China, sugere que a marca pode servir como um novo indicador funcional de promotores e enhancers ativos no genoma de mamíferos.

A pesquisa foi liderada por Yatendra Kumar e Wendy Bickmore, da unidade de Genética Humana do Medical Research Council (MRC), e analisou células-tronco embrionárias de camundongo e sua diferenciação em progenitores neurais. Segundo os autores, a H3K115ac está fortemente associada a “nucleossomos frágeis” — partículas parcialmente desenroladas do DNA que ocupam regiões tradicionalmente consideradas livres de nucleossomos, como os promotores ricos em ilhas CpG e sítios de ligação do fator estrutural CTCF.

Nas últimas décadas, a biologia molecular consolidou o papel das modificações pós-traducionais das caudas das histonas — como a acetilação da H3K27 — na regulação da expressão gênica. No entanto, modificações na região globular da histona, mais próxima do eixo central do nucleossomo (a díade), permaneciam pouco caracterizadas.

“A lisina 115 está posicionada exatamente onde o DNA faz contato íntimo com o octâmero de histonas. Alterações nesse ponto têm alto potencial de afetar a estabilidade do nucleossomo”, afirmam os autores no artigo. Experimentos anteriores in vitro já indicavam que a acetilação nessa posição enfraquece a interação histona-DNA, favorecendo o deslizamento ou desmonte da partícula.

O novo estudo amplia esse conhecimento ao demonstrar, por meio de imunoprecipitação de cromatina seguida de sequenciamento (ChIP-seq), que cerca de 39 mil picos de H3K115ac podem ser detectados no genoma de células-tronco embrionárias. Aproximadamente um terço desses picos localiza-se em regiões de início de transcrição (TSS), com forte predileção por promotores associados a ilhas CpG.

Um dos achados mais intrigantes é que a H3K115ac não marca apenas genes ativamente transcritos. A modificação também aparece em promotores reprimidos por complexos Polycomb — genes “bivalentes”, que carregam simultaneamente marcas de ativação (como H3K4me3) e repressão (H3K27me3), mantendo-se em estado de prontidão para ativação futura.

No experimento de diferenciação celular, promotores que ganharam H3K115ac ao longo de sete dias de desenvolvimento apresentaram aumento significativo na transcrição. Já aqueles que perderam a marca mostraram redução na atividade gênica. Contudo, em promotores CpG, a presença da H3K115ac nem sempre variou de forma proporcional à expressão, sugerindo que a modificação pode anteceder a ativação plena.

“Observamos H3K115ac em promotores que ainda estão pouco transcritos, mas que serão ativados posteriormente na diferenciação neuronal”, relatam os pesquisadores. Genes como Efna5 e Insm1, ligados ao desenvolvimento neural, ilustram esse padrão.

Tradicionalmente, os promotores ativos são descritos como contendo uma região “livre” de nucleossomos imediatamente antes do TSS. Estudos mais recentes, porém, revelaram a presença de nucleossomos instáveis — sensíveis à digestão por nucleases — nesses locais.

A equipe demonstrou que a H3K115ac está enriquecida justamente nesses nucleossomos frágeis. Fragmentos menores que 150 pares de bases, compatíveis com partículas parcialmente desenroladas, concentram a modificação dentro da região supostamente desocupada.

O padrão também foi observado em enhancers ativos e em sítios de ligação da proteína CTCF, um organizador estrutural do genoma. Nos locais com maior ocupação de CTCF, fragmentos subnucleossomais marcados por H3K115ac coincidem com o próprio motivo de ligação da proteína — algo que não ocorre com a marca H3K27ac, tradicionalmente usada como indicador de enhancer ativo.

Os autores sugerem que a H3K115ac pode se tornar uma ferramenta complementar às marcas clássicas de acetilação para identificar elementos regulatórios funcionais. Em testes comparativos com dados de STARR-seq, técnica que mede atividade de enhancers, a H3K115ac mostrou maior capacidade de distinguir sequências ativas em cromatina acessível.

Além disso, diferentemente da H3K27ac — cuja presença nem sempre é essencial para ativação gênica — a H3K115ac está posicionada estrategicamente para influenciar diretamente a estabilidade da partícula nucleossômica.

Do ponto de vista histórico, a descoberta reforça a expansão do conceito de “código de histonas” para além das caudas flexíveis das proteínas. “Estamos apenas começando a compreender como modificações na superfície lateral do nucleossomo contribuem para a dinâmica da cromatina”, escrevem os pesquisadores.

A compreensão mais refinada da arquitetura da cromatina tem implicações diretas para o estudo de doenças associadas à desregulação epigenética, incluindo câncer e distúrbios do desenvolvimento. Alterações em resíduos próximos à díade já foram associadas, em outros organismos, a letalidade embrionária ou sensibilidade a danos no DNA.

Embora o trabalho seja predominantemente descritivo e correlativo — como observa a própria avaliação editorial da revista — os dados são considerados robustos, com alta reprodutibilidade entre experimentos (coeficientes de correlação acima de 0,9 em replicatas).

Para os autores, o próximo passo é investigar os mecanismos enzimáticos responsáveis pela deposição e remoção da H3K115ac e determinar se a modificação exerce papel causal na desestabilização nucleossômica ou se atua como marcador de um estado já estabelecido.

Se confirmada sua relevância funcional, a H3K115ac poderá integrar o repertório de marcas epigenéticas usadas para mapear com maior precisão os elementos regulatórios do genoma — um objetivo central da biologia molecular desde o sequenciamento do DNA humano, há pouco mais de duas décadas.