Tecnologia Científica

Os pesquisadores identificam a falta de 'interruptor' que controla genes essenciais
Proteínas conhecidas como fatores de transcrição agem como interruptores que regulam a expressão de genes próximos, mas a identidade de algumas dessas alavancas genéticas até agora permaneceu misteriosa.
Por Friedrich Miescher Institute for Biomedical Research - 08/07/2021


No núcleo da célula, o DNA envolve proteínas histonas para formar uma série de estruturas semelhantes a esferas chamadas nucleossomos. Quando o DNA está compactado em um nucleossomo, ele fica inacessível aos fatores reguladores que ativam e desativam os genes. Ao se ligar a um motivo CGCG não metilado dentro de regiões específicas do genoma, o BANP torna o DNA acessível a outras proteínas. Isso provavelmente ajuda os fatores regulatórios a se ligar e controlar a expressão do gene. Crédito: Ralph Grand / FMI

Proteínas conhecidas como fatores de transcrição agem como interruptores que regulam a expressão de genes próximos, mas a identidade de algumas dessas alavancas genéticas até agora permaneceu misteriosa. Agora, pesquisadores do grupo Schübeler identificaram uma nova chave que regula genes essenciais no camundongo e no genoma humano. Identificar interruptores genéticos ausentes e sua função é fundamental para compreender totalmente a base molecular da saúde e da doença.

Se o genoma humano fosse uma empresa, os fatores de transcrição seriam os gerentes de nível superior, controlando quando e quanto genes são ativados em células específicas. Essas proteínas normalmente se ligam a curtas cadeias de DNA chamadas 'motivos'. Os cientistas estimam que haja até 2.800 fatores de transcrição, mas os motivos de ligação foram identificados para apenas cerca de 800 deles.

Um motivo de DNA que não é ligado por nenhum fator de transcrição conhecido é chamado de elemento CGCG, pois contém dois nucleotídeos de citosina próximos aos nucleotídeos de guanina. Este motivo está associado a genes altamente expressos em tecidos humanos e é comumente encontrado em regiões regulatórias de DNA específicas , onde a maioria dos nossos genes começa a ser lida.

No entanto, descobrir quais fatores de transcrição ligam sequências de DNA específicas em células vivas tem sido um desafio, uma vez que as regiões regulatórias geralmente contêm vários motivos. Para observar as proteínas no motivo CGCG, Ralph Grand e Lukas Burger, dois pesquisadores do grupo de Dirk Schübeler, recorreram a uma técnica chamada pegada de molécula única, que havia sido desenvolvida anteriormente pelo grupo Schübeler. Ao mapear regiões de DNA que são bloqueadas por proteínas e aquelas que não são, a técnica permitiu à equipe descobrir uma 'pegada' de um fator desconhecido ligado ao motivo CGCG.

"Esta proteína 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: é um ativador muito potente da expressão gênica."


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 proteínas ligadas a ele. Usando espectrometria de massa , uma técnica que identifica moléculas por sua massa e carga, os pesquisadores detectaram a proteína nuclear associada a Btg3 (BANP) como a única proteína ligada ao motivo CGCG.

"Esta proteína 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: é um ativador muito potente da expressão gênica."
 
Escondendo-se em plena vista

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 biológicos essenciais, como transcrição, replicação de DNA e montagem da cromatina - o complexo de DNA e proteínas que forma os cromossomos. Os pesquisadores observaram quedas semelhantes na expressão do gene também quando o BANP foi removido dos neurônios.

Depois de se ligar a regiões regulatórias específicas dentro do genoma, o BANP torna o DNA acessível a outras proteínas. Isso provavelmente ajuda os fatores regulatórios 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 níveis diferentes, poderiam ser regulados pelo mesmo switch presente em todas as células, em vez de uma série de fatores de transcrição em diferentes tipos de células", diz Grand.

Apesar de seu papel fundamental na regulação da expressão gênica, o BANP estava escondido à vista de todos. "Acreditamos que é porque o BANP é tão essencial: você toca nele e a célula morre", diz Schübeler. "Isso tornou difícil identificá-lo por qualquer tipo de abordagem de rastreamento genético, o que nos faz questionar se existem mais desses fatores que são invisíveis para nós pelos mesmos motivos", acrescenta.

Elo de câncer

Outras experiências mostraram que o BANP se liga ao DNA apenas quando o motivo CGCG não é metilado. A metilação do DNA é uma modificação química que pode reprimir a atividade do gene. Em células cancerosas humanas , que apresentam padrões anormais de metilação do DNA, o BANP se liga a regiões regulatórias contendo motivos CGCG não metilados, mas não àquelas 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 genética nas regiões regulatórias pode determinar se alguns indivíduos são mais suscetíveis à doença, diz Schübeler. Quanto mais interruptores os cientistas caracterizam, melhor eles entenderão que tipo de informação está contida nas regiões regulatórias 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 Thomä 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.

 

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