Raazes genanãticas de três doenças mitocondriais identificadas por meio de nova abordagem
Pesquisadores da Escola de Medicina da Universidade de Washington em St. Louis e da Universidade de Wisconsin-Madison analisaram sistematicamente dezenas de proteanas mitocondriais de funa§a£o desconhecida e sugeriram funa§aµes para muitas delas.
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Quando algo da¡ errado nas mitoca´ndrias, as minaºsculas organelas que alimentam as células, isso pode causar uma variedade desconcertante de sintomas, como crescimento deficiente, fadiga e fraqueza, convulsaµes, deficiências cognitivas e de desenvolvimento e problemas de visão. O culpado pode ser um defeito em qualquer uma das cerca de 1.300 proteanas que compõem as mitoca´ndrias, mas os cientistas tem muito pouca ideia do que muitas dessas proteanas fazem, dificultando a identificação da proteana defeituosa e o tratamento da doena§a.
Pesquisadores da Escola de Medicina da Universidade de Washington em St. Louis e da Universidade de Wisconsin-Madison analisaram sistematicamente dezenas de proteanas mitocondriais de função desconhecida e sugeriram funções para muitas delas. Usando esses dados como ponto de partida, eles identificaram as causas genanãticas de três doenças mitocondriais e propuseram outras 20 possibilidades de investigação adicional. As descobertas, publicadas em 25 de maio na Nature , indicam que entender como as centenas de proteanas das mitoca´ndrias trabalham juntas para gerar energia e realizar outras funções das organelas pode ser um caminho promissor para encontrar melhores maneiras de diagnosticar e tratar essas condições.
"Temos uma lista de pea§as para mitoca´ndrias, mas não sabemos o que muitas das pea§as fazem", disse o coautor saªnior David J. Pagliarini, Ph.D., professor Hugo F. e Ina C. Urbauer e um Investigador BJC na Universidade de Washington. “a‰ semelhante a se vocêtivesse um problema com seu carro, e vocêo levasse a um meca¢nico e, ao abrir o capa´, eles dissessem: 'Nunca vimos metade dessas pea§as antes'. Eles não saberiam como conserta¡-lo. Este estudo éuma tentativa de definir as funções do maior número possível dessas partes mitocondriais para que possamos entender melhor o que acontece quando elas não funcionam e, em última análise, uma melhor chance de conceber terapias para corrigir esses problemas."
As doenças mitocondriais são um grupo de condições genanãticas raras que afetam coletivamente uma em cada 4.300 pessoas. Como as mitoca´ndrias fornecem energia para quase todas as células, as pessoas com defeitos em suas mitoca´ndrias podem apresentar sintomas em qualquer parte do corpo, embora os sintomas tendam a ser mais pronunciados nos tecidos que requerem mais energia, como coração, cérebro e maºsculos. .
Para entender melhor como funcionam as mitoca´ndrias, Pagliarini juntou-se a colegas, incluindo o coautor saªnior Joshua J. Coon, Ph.D., professor de química biomolecular e química da UW-Madison e pesquisador do Morgridge Institute for Research; e coprimeiros autores Jarred W. Rensvold, Ph.D., ex-cientista da equipe do laboratório de Pagliarini, e Evgenia Shishkova, Ph.D., cientista da equipe do laboratório de Coon, para identificar as funções do maior número possível de proteanas mitocondriais .
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Os pesquisadores usaram a tecnologia CRISPR-Cas9 para remover genes individuais de uma linhagem de células humanas. O procedimento criou um conjunto de linhagens celulares relacionadas, cada uma derivada da mesma linha celular original, mas com um aºnico gene deletado. Os genes ausentes codificaram 50 proteanas mitocondriais de função desconhecida e 66 proteanas mitocondriais com funções conhecidas.
Em seguida, eles examinaram cada linha celular em busca de pistas sobre o papel que cada gene ausente normalmente desempenha para manter as mitoca´ndrias funcionando corretamente. Os pesquisadores monitoraram as taxas de crescimento das células e quantificaram os naveis de 8.433 proteanas, 3.563 lipadios e 218 metaba³litos para cada linhagem celular. Eles usaram os dados para construir o aplicativo MITOMICS (mitochondrial orphan protein multi-omics CRISPR screen), equipando-o com ferramentas para analisar e identificar os processos biola³gicos que falharam quando uma proteana especafica desapareceu.
Depois de validar a abordagem com proteanas mitocondriais de função conhecida, os pesquisadores propuseram possaveis papanãis biola³gicos para muitas proteanas mitocondriais de função desconhecida. Com uma investigação mais aprofundada, eles foram capazes de ligar três proteanas a três condições mitocondriais separadas.
"a‰ muito emocionante ver como nossa plataforma de tecnologia de espectrometria de massa pode gerar dados nessa escala, mas, mais importante, dados que podem nos ajudar diretamente a entender as doenças humanas", disse Coon.
Uma condição éum distaºrbio multissistemico causado por defeitos na principal via de produção de energia. O coautor Robert Taylor, Ph.D., DSc, professor de patologia mitocondrial da Universidade de Newcastle em Newcastle-upon-Tyne, Reino Unido, identificou um paciente com sinais claros da doena§a, mas sem mutações nos genes suspeitos usuais. Os pesquisadores identificaram um novo gene na via e mostraram que o paciente carregava uma mutação nele.
Separadamente, Pagliarini e colegas notaram que a interrupção de um gene, RAB5IF, eliminou uma proteana codificada por um gene diferente, TMCO1, que foi associado a displasia cerebrofaciotora¡cica. A condição écaracterizada por caracteristicas faciais distintas e deficiência intelectual grave. Em colaboração com o coautor Nurten Akarsu, Ph.D., professor de genanãtica humana na Universidade Hacettepe em Ancara, Turquia, os pesquisadores mostraram que uma mutação no RAB5IF foi responsável por um caso de displasia cerebrofaciotora¡cica e dois casos de la¡bio leporino. uma familia turca.
Um terceiro gene, quando interrompido, levou a problemas com o armazenamento de açúcar, contribuindo para uma sandrome autoinflamata³ria fatal. Dados sobre essa sandrome foram publicados no ano passado em um artigo liderado por Bruno Reversade, Ph.D., da A*STAR, Agência de Ciência, Tecnologia e Pesquisa de Cingapura.
"Na³s nos concentramos principalmente nas três condições, mas encontramos dados conectando cerca de 20 outras proteanas a vias ou processos biola³gicos", disse Pagliarini, professor de biologia celular e fisiologia, bioquímica e biofasica molecular e genanãtica. "Nãopodemos perseguir 20 histórias em um jornal, mas fizemos hipa³teses e as colocamos la¡ para nose outros testarmos."
Para ajudar na descoberta cientafica, Pagliarini, Coon e colegas disponibilizaram o aplicativo MITOMICS ao paºblico. Eles incorporaram várias ferramentas de análise fa¡ceis de usar para que qualquer pessoa possa procurar padraµes e criar gra¡ficos apenas clicando ao redor. Todos os dados podem ser baixados para uma análise mais avana§ada.
“A esperana§a éque esse grande conjunto de dados se torne um dos vários no campo que coletivamente nos ajudem a criar melhores biomarcadores e diagnósticos para doenças mitocondriaisâ€, disse Pagliarini. "Toda vez que descobrimos uma função de uma nova proteana , isso nos da¡ uma nova oportunidade de direcionar um caminho terapeuticamente. Nosso objetivo de longo prazo éentender as mitoca´ndrias em profundidade suficiente para poder intervir terapeuticamente, o que ainda não podemos fazer. ."