Um novo procedimento experimental desenvolvido por pesquisadores da Escola de Medicina de Yale pode ajudar os cientistas a entender melhor como a estrutura do DNA influencia doenças e o desenvolvimento.

O DNA é fundamental para quase todas as funções celulares. Os genes que uma célula utiliza dependem da estrutura do DNA no núcleo — moldada tanto pelo dobramento tridimensional (3D) do DNA quanto pelas modificações químicas no DNA e em suas proteínas associadas, chamadas marcas epigenéticas.

Compreender a relação entre o genoma 3D e a epigenética tem implicações para a função do DNA e para as doenças. No entanto, a maioria dos métodos tem dificuldade em combinar esses dois fatores. Agora, um novo método publicado em 5 de novembro na Nature Methods oferece uma visão sem precedentes das interações entre esses dois aspectos da estrutura do DNA, fornecendo um perfil de alta resolução das marcas epigenéticas e do genoma 3D em células individuais.

Este novo procedimento, denominado Epi-PHR, “oferece uma capacidade sem precedentes para pessoas que têm dúvidas específicas sobre genes de interesse”, afirma Siyuan “Steven” Wang, PhD , professor associado de genética na Escola de Medicina de Yale. O método poderá, um dia, ajudar os pesquisadores a desenvolver melhores tratamentos para doenças genéticas.

Todas as células de um organismo compartilham o mesmo DNA. No entanto, as células não precisam de toda essa informação genética de uma só vez. As células compactam a maior parte do seu DNA envolvendo as longas moléculas em torno de proteínas chamadas histonas e dobrando o DNA com as histonas em estruturas tridimensionais de ordem superior, mantendo os genes necessários acessíveis para sua ação.

As marcas epigenéticas — um conjunto de modificações químicas em histonas e DNA que podem ativar e desativar genes — controlam ainda mais a qual DNA uma célula tem acesso. O perfil epigenético e o dobramento tridimensional do DNA moldam coletivamente quais informações genéticas uma célula utiliza e como essa célula funciona.

“O epigenoma e o genoma 3D afetam essencialmente todas as funções genômicas”, incluindo, por exemplo, a transcrição, a replicação do DNA e o reparo de danos ao DNA, explica Wang. Isso pode ter implicações importantes para doenças. Por exemplo, alterações epigenéticas parecem estar por trás de muitos tipos de câncer e doenças do desenvolvimento.

Os pesquisadores têm “uma necessidade antiga de estudar o genoma 3D juntamente com o epigenoma”, diz Wang. Mas isso é mais fácil dizer do que fazer. A técnica de ponta atual para mapear marcas epigenéticas em nível de célula única também destrói o dobramento do DNA no processo, dificultando a observação de como essas modificações químicas se sobrepõem à estrutura do DNA. Outros métodos para estrutura 3D e epigenética não conseguem identificar alterações em nível de célula única ou gene único.

Para mudar isso, Wang e seus colegas desenvolveram um novo método inspirado em uma técnica criada por pesquisadores na Suécia em 2015 para estudar interações proteína-proteína. Nesse método, Wang e sua equipe usaram duas moléculas em forma de grampo projetadas para se ligarem a uma marca epigenética ou a um gene de interesse. Uma das moléculas carrega um marcador fluorescente inativo. Quando duas moléculas em forma de grampo estão próximas uma da outra — por exemplo, quando uma modificação epigenética e um gene estão diretamente um sobre o outro — o grampo se abre e o marcador emite fluorescência.

Este método permite aos pesquisadores mapear tanto o epigenoma quanto o genoma 3D. A equipe descobriu que esse método pode analisar centenas de locais genéticos em uma única célula e detectar simultaneamente diferentes marcas epigenéticas.

O procedimento também pode ser aplicado a tecidos. Por exemplo, a equipe testou o Epi-PHR em uma fatia do hipocampo no cérebro. Esse teste revelou um gradiente de estruturas epigenéticas e tridimensionais em neurônios e outras células.

Os resultados sugerem que a Epi-PHR pode fornecer um novo nível de resolução para pesquisadores que estudam as funções coletivas do epigenoma e a estrutura tridimensional do DNA em células individuais. Ou, como Wang coloca, "se você quiser saber, em nível de célula única, qual marca epigenética está presente em um gene e mapear seu dobramento tridimensional, esta é a melhor técnica".