Durante décadas, grandes porções dos genomas foram consideradas “territórios obscuros” da biologia molecular. Compostas por sequências repetitivas de DNA, essas regiões são difíceis de estudar e frequentemente ficam fora do foco das análises genéticas tradicionais. Agora, uma equipe internacional de pesquisadores conseguiu iluminar parte desse território no genoma de um dos parasitas humanos mais intrigantes: Trypanosoma brucei, agente da doença do sono africana.

Em um estudo publicado nesta terça-feira (10), na revista científica eLife, cientistas liderados por Roberta Carloni, Tadhg Devlin, Pin Tong e colegas da University of Edinburgh, no Reino Unido, desenvolveram uma estratégia inovadora para mapear as proteínas associadas à cromatina nessas regiões repetitivas. O trabalho oferece um novo retrato da organização molecular do genoma do parasita e pode ajudar a explicar como ele controla genes essenciais para sua sobrevivência e evasão do sistema imunológico.

“Regiões repetitivas do DNA são extremamente difíceis de investigar com métodos convencionais”, explica Roberta Carloni, primeira autora do estudo e pesquisadora do Centre for Cell Biology da University of Edinburgh. “Nosso objetivo foi desenvolver uma forma de identificar diretamente quais proteínas estão associadas a esses segmentos do genoma.”

Trypanosoma brucei é um protozoário transmitido pela mosca tsé-tsé e responsável pela tripanossomíase africana, conhecida como doença do sono. O parasita possui um genoma incomum, repleto de sequências repetitivas que desempenham papéis cruciais em sua biologia.

Essas regiões incluem elementos estruturais dos cromossomos e também áreas relacionadas à chamada variação antigênica, o mecanismo que permite ao parasita alterar continuamente as proteínas de sua superfície para escapar do sistema imunológico humano.

“Esse processo depende de uma organização muito precisa da cromatina”, afirma Keith R. Matthews, do Institute of Immunology and Infection Research da University of Edinburgh e um dos autores sêniores do estudo. “Para entender como o parasita controla a expressão desses genes, precisamos primeiro compreender como o DNA está estruturado e quais proteínas estão associadas a ele.”

Para superar o desafio técnico imposto pelas sequências repetitivas, os pesquisadores recorreram a uma estratégia baseada em proteínas TALE sintéticas (Transcription Activator-Like Effectors). Essas proteínas podem ser projetadas para reconhecer sequências específicas de DNA com alta precisão.

No estudo, a equipe criou versões sintéticas dessas proteínas capazes de se ligar seletivamente a diferentes elementos repetitivos do genoma de T. brucei. Uma vez fixadas nesses locais, elas funcionaram como “âncoras moleculares” para capturar proteínas associadas à cromatina.

Em seguida, os cientistas utilizaram técnicas avançadas de proteômica e espectrometria de massas para identificar as moléculas ligadas a essas regiões. O método permitiu, pela primeira vez, caracterizar diretamente o conjunto de proteínas que compõe a paisagem molecular desses segmentos do DNA.

“O uso de TALEs sintéticas nos permitiu isolar regiões repetitivas específicas e mapear suas interações proteicas”, explica Tadhg Devlin, coautor do trabalho. “Essa abordagem abre uma nova janela para estudar partes do genoma que normalmente são inacessíveis.”

Os resultados revelaram que diferentes classes de elementos repetitivos possuem assinaturas proteicas distintas. Em outras palavras, cada tipo de repetição do DNA recruta um conjunto particular de proteínas da cromatina.

Entre os complexos identificados estavam proteínas envolvidas na organização estrutural do genoma, na regulação epigenética e na manutenção da estabilidade cromossômica. Algumas dessas proteínas já eram conhecidas em outros organismos, mas seu papel no parasita ainda não havia sido descrito.

Segundo Robin C. Allshire, também autor sênior e pesquisador do Institute of Cell Biology da University of Edinburgh, o estudo revela que as regiões repetitivas são muito mais organizadas do que se imaginava.

Embora o estudo seja fundamentalmente básico, seus resultados podem ter implicações importantes para a compreensão da biologia do parasita.

A organização da cromatina em T. brucei está intimamente ligada à capacidade do organismo de controlar a expressão de genes envolvidos na infecção. Alterações nesses mecanismos podem afetar a forma como o parasita interage com o hospedeiro humano.

“Se entendermos como essas regiões regulam a expressão gênica, poderemos identificar novos pontos vulneráveis no ciclo de vida do parasita”, afirma Matthews. “Isso pode eventualmente ajudar no desenvolvimento de novas estratégias terapêuticas.”

Além das implicações específicas para T. brucei, a abordagem desenvolvida pelos pesquisadores pode ser aplicada a muitos outros organismos.

Grande parte dos genomas eucarióticos — incluindo o humano — é composta por sequências repetitivas cuja função ainda permanece pouco compreendida. Técnicas como a utilizada neste estudo podem ajudar a decifrar esse “DNA escuro”.

“Nosso trabalho demonstra que é possível estudar diretamente essas regiões complexas”, diz Carloni. “Esperamos que essa estratégia possa ser usada para investigar a organização da cromatina em diferentes sistemas biológicos.”

À medida que novas ferramentas de biologia molecular surgem, áreas do genoma antes consideradas inacessíveis começam a revelar seus segredos. No caso de Trypanosoma brucei, o novo mapa das proteínas da cromatina mostra que mesmo as regiões mais repetitivas do DNA podem esconder mecanismos sofisticados de controle genético — e talvez novas pistas para combater uma das doenças parasitárias mais persistentes do planeta.