Tecnologia Científica

Usando plantas com flores para explorar a herana§a epigenanãtica
Os estudos do bia³logo iluminam um sistema de controle que influencia como as caracteri­sticas são transmitidas a s novas geraçaµes.
Por Anne Trafton - 16/12/2019


Imagem: Gretchen Ertl
"Muitos dos fena´menos epigenanãticos que conhecemos foram descobertos pela primeira vez nas plantas e, em termos de entendimento dos mecanismos moleculares, o trabalho com as plantas também abriu o caminho", diz a professora associada Mary Gehring.

Os genes passados ​​de geração em geração desempenham um papel significativo na determinação das caracteri­sticas de cada organismo. Nas últimas décadas, os cientistas descobriram que outra camada de controle, conhecida como epigenanãtica, também éextremamente importante na definição dessas caracterí­sticas.

Esses controles adicionados geralmente trabalham com modificações químicas de genes ou outras seções do DNA, que influenciam a facilidade com que esses genes podem ser expressos por uma canãlula. Muitas dessas modificações são semelhantes entre as espanãcies, permitindo que os cientistas usem plantas como modelo experimental para descobrir como os processos epigenanãticos funcionam.

"Muitos dos fena´menos epigenanãticos que conhecemos foram descobertos pela primeira vez em plantas e, em termos de compreensão dos mecanismos moleculares, o trabalho com plantas também abriu o caminho", diz Mary Gehring, professora de biologia e membro do Instituto Whitehead do MIT. para Pesquisa Biomédica.

Os estudos de Gehring da pequena planta com flores Arabidopsis thaliana revelaram muitos dos mecanismos subjacentes ao controle epigenanãtico, lana§ando luz sobre como essas modificações podem ser passadas de geração em geração.


"Estamos tentando entender como as informações epigenanãticas são usadas durante o crescimento e desenvolvimento das plantas e analisando a dina¢mica das informações epigenanãticas atravanãs do desenvolvimento em uma única geração, entre gerações e em uma escala de tempo evolutiva", diz ela.

Sementes de descoberta

Gehring, que cresceu em uma área rural do norte de Michigan, interessou-se por biologia vegetal quando estudava no Williams College, onde seguiu a irmã mais velha. Durante seu primeiro ano na Williams, ela teve uma aula de crescimento e desenvolvimento de plantas e acabou trabalhando no laboratório do professor que ministrou o curso. La¡, ela estudou como o desenvolvimento de Arabidopsis éinfluenciado por horma´nios vegetais chamados auxinas.

Apa³s a formatura, Gehring foi trabalhar para uma empresa de consultoria ambiental perto de Washington, mas logo decidiu que queria cursar uma faculdade para continuar estudando biologia vegetal. Ela se matriculou na Universidade da Califórnia em Berkeley, onde ingressou em um laboratório que estudava como diferentes mutações genanãticas afetam o desenvolvimento de sementes.

Esse laboratório, liderado por Robert Fischer, foi um dos primeiros a descobrir um fena´meno epigenanãtico chamado impressão genanãtica em plantas. A impressão genanãtica ocorre quando um organismo expressa apenas a versão materna ou paterna de determinado gene. Este fena´meno foi observado em plantas com flores e mama­feros.

A tarefa de Gehring era tentar descobrir o mecanismo por trás desse fena´meno, concentrando-se em um gene impresso de Arabidopsis chamado MEDEA. Ela descobriu que esse tipo de impressão éalcana§ado pela desmetilação do DNA, um processo de remoção de modificações químicas da versão materna do gene, ativando-o efetivamente.

Depois de terminar seu doutorado em 2005, ela trabalhou como pa³s-doc no Centro de Pesquisa em Ca¢ncer Fred Hutchinson, no laboratório de Steven Henikoff. La¡, ela começou a fazer estudos maiores em escala de genoma, nos quais podia examinar marcadores epigenanãticos para muitos genes de uma são vez, em vez de um de cada vez.

Durante esse tempo, ela começou a estudar alguns dos tópicos que continua a investigar agora, incluindo a regulação das enzimas que controlam a metilação do DNA, bem como a regulação de "elementos transpona­veis". Tambanãm conhecidas como "genes saltadores", essas seqa¼aªncias de DNA podem mudar sua posição dentro do genoma, a s vezes para promover sua própria expressão a s custas do organismo. As células costumam usar a metilação para silenciar esses genes se gerarem mutações prejudiciais.

Padrões de herana§a

Apa³s seu pa³s-doutorado, Gehring foi atraa­da para o MIT por "como as pessoas são apaixonadas pelo que estãotrabalhando, seja na biologia ou em outro assunto".

"Boston, especialmente o MIT e o Whitehead, éum a³timo ambiente para a ciaªncia", diz ela. "Parecia que havia muitas oportunidades para obter alunos realmente inteligentes e talentosos no laboratório e ter colegas interessantes para conversar".

Quando Gehring ingressou no Instituto Whitehead em 2010, ela era a única bia³loga de plantas da faculdade, mas desde então ela se juntou ao professor associado Jing-Ke Weng.

Seu laboratório agora concentra-se principalmente em questões como como os pais maternos e paternos contribuem para a reprodução e como seus diferentes interesses podem levar a conflitos genanãticos. A impressão genanãtica éuma das maneiras pelas quais esse conflito ocorre. Gehring também descobriu que pequenas moléculas de RNA não codificadoras desempenham um papel importante na impressão e em outros aspectos da herana§a, direcionando modificações epigenanãticas, como a metilação do DNA.

“Uma coisa que descobrimos éque essa via de RNA não codificante parece controlar a dosagem transcricional das sementes, ou seja, quantos dos transcritos são do genoma herdado da ma£e e quantos do genoma herdado da paternidade. Nãoapenas para genes impressos, mas também mais amplamente para genes que não são impressos ”, diz Gehring.


Ela também identificou um circuito genanãtico que controla uma enzima necessa¡ria para ajudar os padraµes de metilação do DNA a passar dos pais para os filhos. Quando esse circuito éinterrompido, o estado de metilação muda e podem aparecer caracteri­sticas incomuns. Em um caso, ela descobriu que as folhas das plantas ficam enroladas após algumas gerações de metilação interrompida.

“Vocaª precisa desse circuito genanãtico para manter padraµes de metilação esta¡veis. Caso contra¡rio, o que vocêcomea§a a ver éque as plantas desenvolvem alguns fena³tipos que pioram com o tempo de geração ”, diz ela.

Muitos dos fena´menos epigenanãticos estudados por Gehring em plantas são semelhantes aos observados em animais, incluindo seres humanos. Devido a essas semelhanças, a biologia vegetal contribuiu significativamente para a compreensão da epigenanãtica pelos cientistas. O fena´meno da impressão epigena´mica foi descoberto pela primeira vez em plantas, na década de 1970, e muitos outros fena´menos epigenanãticos vistos pela primeira vez em plantas também foram encontrados em mama­feros, embora os detalhes moleculares frequentemente variem.

"Ha¡ muitas semelhanças entre o controle epigenanãtico em plantas com flores e mama­feros e fungos também", diz Gehring. "Algumas das vias são especa­ficas da planta, como a via de RNA não codificante que estudamos, onde pequenos RNAs não codificantes direcionam a metilação do DNA, mas pequenos RNAs direcionam o silenciamento por cromatina éalgo que acontece em muitos outros sistemas também".

 

.
.

Leia mais a seguir