Comportamento surpreendente de fatores de transcrição desafia teorias de regulação gaªnica
As descobertas abrem novas questões, como como os fatores Runx podem causar essasmudanças drama¡ticas na expressão do gene quando os pra³prios naveis de Runx não mudam?

Transformar células progenitoras em precursores de células T comprometidos em tempo real. Detalhe: imagem ao vivo de um clone de células T futuras, do esta¡gio progenitor (a esquerda) ao comprometimento (a direita) em 3 dias (cortesia, Mary A. Yui). Antecedentes: campo de células correspondente a uma mistura desses esta¡gios, todos processados ​​para mostrar moléculas individuais de RNA que codificam proteanas regulata³rias principais. Runx1 (pontos ciano) éexpresso em naveis semelhantes nas células nos esta¡gios inicial, intermediário e final (cortesia, Wen Zhou). Crédito: cortesia de B. Shin
Como as células se desenvolvem e as doenças que surgem quando o desenvolvimento da¡ errado tem sido um foco de pesquisa de décadas no laboratório da Distinta Professora de Biologia Ellen Rothenberg . Em particular, o laboratório estuda o desenvolvimento de células imunola³gicas conhecidas como células T, que agem como "agentes de inteligaªncia" - elas circulam por todo o corpo, detectam ameaa§as e determinam que tipo de resposta o sistema imunológico deve dar. No entanto, quando os vários esta¡gios do desenvolvimento das células T não ocorrem perfeitamente, ocorre a leucemia.
"Muitos dos genes que estudamos em células T normais em desenvolvimento são os mesmos genes que, quando regulados incorretamente, levam as células a se tornarem leucaªmicas de células T", diz Rothenberg. “Entender a precisão desse processo émuito importante. Ha¡ também um aspecto interessante da irreversibilidade: alguns dos genes que estudamos são tem atividade em um período de tempo especafico no desenvolvimento e depois se desligam para sempre. Mas na leucemia, vemos isso esses genes 'vazam' novamente em um esta¡gio posterior, quando deveriam estar desligados. Queremos saber os detalhes do processo para ativar e manter os genes desligados, o que nos ajudara¡ a entender o que estãoerrado na leucemia. "
Agora, um novo estudo do laboratório de Rothenberg examina certas proteanas que supervisionam a regulação gaªnica no desenvolvimento de células T e descobre que essas proteanas se comportam de uma maneira bem diferente daquela assumida na teoria anterior. O trabalho sugere que as teorias de regulação gaªnica podem precisar ser reavaliadas.
Um artigo que descreve a pesquisa foi publicado na revista Proceedings of the National Academy of Sciences em 21 de janeiro de 2021. Os primeiros autores do estudo são o bolsista de pa³s-doutorado do Caltech Boyoung Shin e o ex-bolsista de pa³s-doutorado do Caltech Hiroyuki Hosokawa, agora membro do corpo docente da Tokai University no Japa£o.
Quase todas as células do corpo humano contem a mesma ca³pia do genoma, mas diferenças na expressão de genes específicos da£o origem a diferentes tipos de células, como maºsculos, neura´nios e células do sistema imunológico. A expressão do gene pode ser pensada como uma la¢mpada com um interruptor dimmer. Semelhante a como uma la¢mpada em um interruptor de dimmer pode ser ativada intensamente ou vagamente, ou não, um gene pode ser expresso forte, fracamente ou ser silenciado. As "ma£os" que ajustam esses interruptores dimmer gena´micos são proteanas chamadas fatores de transcrição, que se ligam ao genoma para aumentar ou diminuir a expressão.
Existem muitos tipos diferentes de fatores de transcrição, cada um agindo sobre conjuntos definidos de genes, a s vezes com vários fatores de transcrição trabalhando juntos para regular a expressão gaªnica. O laboratório de Rothenberg se concentrou em dois fatores de transcrição muito semelhantes, Runx1 e Runx3, para descobrir se eles desempenham um papel durante a cascata demudanças bruscas na expressão gaªnica que faz com que progenitores semelhantes a células-tronco se transformem em células T futuras.
"Os fatores de transcrição Runx tem sido tradicionalmente subestimados nessas células T iniciais - eles estãopresentes na canãlula em naveis constantes e esta¡veis ​​ao longo do desenvolvimento, então os cientistas raciocinaram que eles devem ser insignificantes na regulação de genes que precisam mudar drasticamente na expressão ao longo do tempo , "diz Rothenberg.
Em estudos anteriores, outros pesquisadores nocautearam experimentalmente um dos fatores Runx e subsequentemente descobriram que pouca mudança na canãlula, levando a conclusão de que Runx não era muito importante. Mas neste novo estudo, a equipe de Rothenberg descobriu que os dois fatores de transcrição Runx cobrem um ao outro, de modo que os efeitos são aparecem quando ambos são removidos - e esses resultados agora mostram que esses fatores de transcrição se comportam de maneiras muito inesperadas.
A teoria genanãtica convencional éque quando um fator regula um gene alvo, a atividade do fator écorrelacionada com oníveldo gene alvo. Mas o estudo de Rothenberg descobriu que esse não era o caso dos fatores Runx. Embora os pra³prios fatores Runx permanea§am ativos em naveis esta¡veis ​​durante os principais eventos de desenvolvimento, a grande maioria dos genes que respondem aos fatores Runx mudam drasticamente de expressão durante esse período. Na verdade, os fatores Runx agem sobre genes "incrivelmente importantes" para o desenvolvimento das células T, de acordo com Rothenberg, e os regulam fortemente.
As descobertas abrem novas questões, como como os fatores Runx podem causar essasmudanças drama¡ticas na expressão do gene quando os pra³prios naveis de Runx não mudam?
A equipe também descobriu que as posições onde os fatores Runx se ligam ao genoma mudam marcadamente com o tempo, trazendo Runx para diferentes locais de DNA-alvo. A qualquer momento, o estudo descobriu, os fatores estãoagindo apenas em uma fração dos genes que eles poderiam regular; eles mudam sua "atenção" de um conjunto para outro ao longo do tempo. Curiosamente, em muitas dessasmudanças, grandes grupos de proteanas Runx deixam seus locais iniciais e viajam para ocupar grupos de novos locais agrupados em grandes distâncias do genoma, a medida que atuam em genes diferentes em momentos diferentes.
"Ainda não háuma boa explicação para o comportamento desse grupo, e descobrimos que Runx estãointeragindo com a arquitetura gena´mica física de uma forma complexa, pois estãoregulando genes que tem padraµes de expressão totalmente diferentes dos pra³prios fatores de transcrição", disse Shin. "O que estãocontrolando a implantação dos fatores de transcrição? Ainda não sabemos, e émuito mais interessante do que pensa¡vamos."
"Este trabalho tem grandes implicações para os pesquisadores que tentam modelar redes de genes e mostra que os fatores de transcrição são mais versa¡teis em suas ações do que as pessoas supaµem", diz Rothenberg.
O artigo éintitulado "Runx1 e Runx3 conduzem o progenitor para a conversão do transcriptoma da linhagem T no comprometimento de células T de camundongo por meio da troca dina¢mica de sites gena´micos." Além de Shin, Hosokawa e Rothenberg, outros co-autores são o ex-pesquisador do Caltech Maile Romero-Wolf, agora da USC; o estudante de graduação Wen Zhou; Kaori Masuhara da Universidade Tokai; Victoria Tobin da UC Davis; e Ditsa Levanon e Yoram Groner do Instituto de Ciência Weizmann em Israel.