Protea­nas conhecidas como fatores de transcrição agem como interruptores que regulam a expressão de genes pra³ximos, mas a identidade de algumas dessas alavancas genanãticas atéagora permaneceu misteriosa. Agora, pesquisadores do grupo Scha¼beler identificaram uma nova chave que regula genes essenciais no camundongo e no genoma humano. Identificar interruptores genanãticos ausentes e sua função éfundamental para compreender totalmente a base molecular da saúde e da doena§a.

Se o genoma humano fosse uma empresa, os fatores de transcrição seriam os gerentes denívelsuperior, controlando quando e quanto genes são ativados em células especa­ficas. Essas protea­nas normalmente se ligam a curtas cadeias de DNA chamadas 'motivos'. Os cientistas estimam que haja até2.800 fatores de transcrição, mas os motivos de ligação foram identificados para apenas cerca de 800 deles.

Um motivo de DNA que não éligado por nenhum fator de transcrição conhecido échamado de elemento CGCG, pois contanãm dois nucleota­deos de citosina pra³ximos aos nucleota­deos de guanina. Este motivo estãoassociado a genes altamente expressos em tecidos humanos e écomumente encontrado em regiaµes regulata³rias de DNA especa­ficas , onde a maioria dos nossos genes comea§a a ser lida.

No entanto, descobrir quais fatores de transcrição ligam sequaªncias de DNA especa­ficas em células vivas tem sido um desafio, uma vez que as regiaµes regulata³rias geralmente contem vários motivos. Para observar as protea­nas no motivo CGCG, Ralph Grand e Lukas Burger, dois pesquisadores do grupo de Dirk Scha¼beler, recorreram a uma técnica chamada pegada de molanãcula única, que havia sido desenvolvida anteriormente pelo grupo Scha¼beler. Ao mapear regiaµes de DNA que são bloqueadas por protea­nas e aquelas que não são, a técnica permitiu a  equipe descobrir uma 'pegada' de um fator desconhecido ligado ao motivo CGCG.

Para identificar o fator associado a essa pegada, os pesquisadores abriram os núcleos das células vivas e retiraram suas entranhas. Em seguida, eles usaram o motivo CGCG como uma isca para pescar as protea­nas ligadas a ele. Usando espectrometria de massa , uma técnica que identifica moléculas por sua massa e carga, os pesquisadores detectaram a protea­na nuclear associada a Btg3 (BANP) como a única protea­na ligada ao motivo CGCG.

"Esta protea­na já era conhecida, mas pensava-se que reprimia a atividade do gene na periferia do núcleo", diz Grand. "Mostramos que ele faz exatamente o oposto: éum ativador muito potente da expressão gaªnica."

A equipe descobriu que o BANP tem uma alta afinidade para o motivo CGCG, tanto em células de camundongo quanto em células humanas. A remoção do BANP nas células-tronco causa uma diminuição na expressão de vários genes, incluindo os essenciais envolvidos em processos biola³gicos essenciais, como transcrição, replicação de DNA e montagem da cromatina - o complexo de DNA e protea­nas que forma os cromossomos. Os pesquisadores observaram quedas semelhantes na expressão do gene também quando o BANP foi removido dos neura´nios.

Depois de se ligar a regiaµes regulata³rias especa­ficas dentro do genoma, o BANP torna o DNA acessa­vel a outras protea­nas. Isso provavelmente ajuda os fatores regulata³rios a se ligar e controlar a expressão do gene. As descobertas, publicadas hoje na Nature , podem redefinir como os genes essenciais são controlados. "Esses genes, que são expressos em todas as células do corpo, mas em na­veis diferentes, poderiam ser regulados pelo mesmo switch presente em todas as células, em vez de uma sanãrie de fatores de transcrição em diferentes tipos de células", diz Grand.

Apesar de seu papel fundamental na regulação da expressão gaªnica, o BANP estava escondido a  vista de todos. "Acreditamos que éporque o BANP étão essencial: vocêtoca nele e a canãlula morre", diz Scha¼beler. "Isso tornou difa­cil identifica¡-lo por qualquer tipo de abordagem de rastreamento genanãtico, o que nos faz questionar se existem mais desses fatores que são invisa­veis para nospelos mesmos motivos", acrescenta.

Outras experiências mostraram que o BANP se liga ao DNA apenas quando o motivo CGCG não émetilado. A metilação do DNA éuma modificação química que pode reprimir a atividade do gene. Em células cancerosas humanas , que apresentam padraµes anormais de metilação do DNA, o BANP se liga a regiaµes regulata³rias contendo motivos CGCG não metilados, mas não a quelas contendo motivos metilados. “Isso abre uma ideia interessante”, diz Burger. "A metilação do DNA pode regular onde o BANP pode se ligar, influenciando assim como os genes são expressos", acrescenta.

Entender como o BANP e outros fatores se ligam ao DNA pode ter implicações importantes na biomedicina, já que a variação genanãtica nas regiaµes regulata³rias pode determinar se alguns indivíduos são mais suscetíveis a  doena§a, diz Scha¼beler. Quanto mais interruptores os cientistas caracterizam, melhor eles entendera£o que tipo de informação estãocontida nas regiaµes regulata³rias do genoma, como a alteração dessas informações pode resultar em doenças e como esses interruptores podem ser usados ​​para controlar genes.

O estudo foi feito em colaboração com o laboratório Thoma¤ e as plataformas de tecnologia Proteomics and Genomics no FMI, bem como o laboratório Vermeulen no Instituto Radboud para Ciências da Vida Molecular em Nijmegen, Holanda.