Um novo estudo de genes de risco de autismo por cientistas da UC San Francisco e UC Berkeley implica interrupção na neurogaªnese pré-natal - um processo no qual células "progenitoras" especializadas da£o origem a novas células cerebrais - no desenvolvimento de transtornos do espectro do autismo (ASDs). O estudo também mostra que o estrogaªnio, talvez em uma forma produzida nas células cerebrais, pode proteger contra essa interrupção e conduzir o cérebro em um curso normal de desenvolvimento.

As descobertas mais impressionantes do estudo, publicado em 25 de janeiro de 2021 na Neuron , foram derivadas de experimentos usando embriaµes da ra£ com garras do oeste (Xenopus tropicalis), uma espanãcie valorizada por bia³logos pelos insights aºnicos que oferece sobre o desenvolvimento . Os genes humanos envolvidos no desenvolvimento tem contrapartes com funções semelhantes no Xenopus, e extensos estudos correlacionando os esta¡gios embriona¡rios humanos com os da ra£ significam que os estudos genanãticos em Xenopus podem ter releva¢ncia direta para o desenvolvimento humano tanto na saúde quanto na doena§a.

"Xenopus tem sido a pedra angular da biologia do desenvolvimento por muitos motivos, e muito do que sabemos sobre o desenvolvimento do cérebro humano ébaseado em pesquisas fundamentais em sapos", disse Helen Rankin Willsey, Ph.D., pesquisadora de pa³s-doutorado no Instituto Weill para o laboratório de Neurociências do coautor saªnior Matthew W. State, MD, Ph.D., o Oberndorf Family Distinguished Professor e presidente do Departamento de Psiquiatria e Ciências do Comportamento da UCSF. "O desenvolvimento do cérebro das ra£s ébastante semelhante ao dos humanos, e muitos dos mesmos genes, protea­nas e moléculas que moldam o cérebro humano fazem a mesma coisa no cérebro das ra£s em desenvolvimento. Esses fatores tornam o Xenopus uma espanãcie atraente para se ganhar uma compreensão mais profunda dos distúrbios do neurodesenvolvimento. "

Na última década, análises gena´micas de humanos, incluindo muitas lideradas por State e colegas, identificaram mutações genanãticas fortemente associadas a ASDs, permitindo que os cientistas montassem coletivamente uma lista de dezenas de genes de "alta confiana§a" que conferem risco significativo de desenvolver esses desordens. Com o crescente conhecimento de como, quando e onde no cérebro esses genes exercem sua influaªncia durante o desenvolvimento, os pesquisadores do autismo começam a juntar em termos gerais o que pode dar errado em ASDs.

Muitas das mutações identificadas estãoem genes conhecidos por contribuir para a formação e função das sinapses - os locais de comunicação entre as células cerebrais - e também por afetar a orquestração adequada de quais genes são, em última análise, traduzidos em protea­nas. Mas os dados subjacentes a essas conclusaµes vão de fontes da­spares e incompletas, e esses genes de risco bem conhecidos provavelmente estãoenvolvidos em funções diferentes em momentos diferentes durante o desenvolvimento do cérebro.

Como um teste direto dessas ideias, e para determinar se outros processos de desenvolvimento afetados por essas mutações podem ter sido negligenciados, Willsey, primeiro autor do novo estudo, recorreu ao Xenopus e reuniu o laboratório estadual com os do renomado bia³logo do desenvolvimento Richard Harland, Ph.D., o Distinguished Professor CH Li de Genanãtica, Gena´mica e Desenvolvimento na UC Berkeley, e Jeremy Willsey, Ph.D. da UCSF, professor assistente no Instituto de Doena§as Neurodegenerativas e no Departamento de Psiquiatria e Ciências do Comportamento, a lider em abordagens de biologia de sistemas para distúrbios do neurodesenvolvimento,

Helen Willsey e sua equipe de pesquisa primeiro selecionaram os "dez principais" genes de risco ASD identificados em humanos atéagora, e então conduziram experimentos avaliando onde e quando seus equivalentes sapos são ativados no cérebro do sapo durante o desenvolvimento. Eles descobriram que todos os dez foram expressos no prosencanãfalo da ra£ em um esta¡gio correspondente ao desenvolvimento pré-natal humano manãdio, que se alinhava bem com análises computacionais de genes de risco de autismo realizadas em 2013 por State e Jeremy Willsey, coautor saªnior do novo papel.

As faªmeas Xenopus podem colocar mais de 4.000 ovos por vez, que rapidamente se desenvolvem em embriaµes de duas células grandes o suficiente para serem vistos a olho nu. Usando a tecnologia de segmentação de genes CRISPR de alto rendimento, a equipe de Helen Willsey mutou cada um dos dez genes, por sua vez, mas em apenas uma canãlula nos embriaµes de duas células - com esta técnica, quaisquer diferenças de desenvolvimento induzidas pela modificação genanãtica ocorreriam em apenas metade do cérebro, enquanto o outro lado se desenvolveu normalmente.

A capacidade de comparar facilmente as duas metades do cérebro deixou claro que havia diferenças de tamanho significativas no lado do cérebro em que os genes foram desativados - quando certos genes sofreram mutação, a metade afetada era maior, com outros era menor . Mas o trabalho celular e molecular revelou que todas essas diferenças de tamanho eram devidas a  distorção do processo de neurogaªnese, que se refletia em proporções atipicas de células progenitoras , as precursoras das células cerebrais, para os neura´nios maduros nas áreas que revestem os ventra­culos do prosencanãfalo.

Como os pesquisadores estãotão interessados ​​na resiliencia - maneiras pelas quais os efeitos dos genes do ASD podem ser superados - quanto no risco, eles testaram mais de 130 compostos de drogas nos embriaµes do Xenopus. Um, relacionado ao estrogaªnio, restaurou um padrãota­pico de neurogaªnese, com o tamanho do cérebro resultante correspondendo em ambos os lados do animal. Por outro lado, quando dois outros compostos que inibem a via do estrogaªnio foram testados, a neurogaªnese foi mais gravemente prejudicada. O Xenopus ainda não tem ga´nadas durante o esta¡gio de desenvolvimento em que a equipe de pesquisa testou o estrogaªnio, então Willsey acredita que o estrogaªnio produzido localmente no cérebro, ao invanãs dos órgãos sexuais, pode conferir proteção contra distúrbios na neurogaªnese durante o desenvolvimento.

Os efeitos protetores de um composto relacionado ao estrogaªnio também foram observados em linhas de células progenitoras neurais humanas nas quais vários genes de risco de ASD foram inibidos com uma técnica especial de CRISPR, e também em organa³ides do cérebro humano modificados de forma semelhante, grupos 3-D de células que os cientistas usar para estudar o desenvolvimento de tecidos e órgãos.

Willsey disse que a capacidade do estrogaªnio de reverter efeitos da­spares na neurogaªnese e no tamanho do cérebro que resultam da ação independente de muitos genes diferentes deve fornecer garantias em um campo no qual o ritmo rápido da descoberta do gene levou a preocupações de que os ASDs podem ser muito complexos para lidar com com terapaªutica.

No entanto, o estrogaªnio tem efeitos profundos na diferenciação sexual durante o desenvolvimento, e a equipe de Willsey mostrou que ele regula a neurogaªnese por meio de uma via de sinalização mestre chamada Sonic hedgehog, que desempenha papanãis cruciais em tudo, desde o desenvolvimento do cérebro atéa formação dos membros. A identificação da equipe do estrogaªnio como um fator protetor, disse ela, são deve ser pensada como uma sustentação cienta­fica sobre o problema que pode orientar o eventual desenvolvimento de terapias mais seguras e direcionadas.

"Já existem tantos genes ASD confirmados que éconceba­vel que seja um problema intrata¡vel propor terapias que sejam eficazes em amplos grupos de indiva­duos", disse Willsey. "Mas este trabalho apoia a ideia de que podemos controlar isso. Esses genes fazem coisas diferentes, mudam de marcha, mas nossas descobertas apontam para um nexo crítico da patologia do TEA e revelam um elo biola³gico anteriormente oculto conectando um grupo altamente da­spar de genes . "