.
Mutações genéticas desencadeiam cânceres. Algumas mutações embaralham o código genético, outras vêm da exclusão de genes-chave.
No La Jolla Institute for Immunology (LJI), os pesquisadores fizeram um grande avanço na compreensão de como a deleção dos genes que codificam as proteínas TET pode levar ao crescimento do câncer. Seu novo estudo, publicado em Comunicações da Naturezaé o primeiro a mostrar as consequências imediatas da exclusão de todos os três genes da família TET em células-tronco embrionárias de camundongo.
Ao usar este modelo de camundongo, os pesquisadores descobriram que as proteínas TET são críticas para manter o processo de replicação de células e DNA funcionando sem problemas. Sem proteínas TET, genes importantes desaparecem, levando a mutações, ou aneuploidias (an-new-ploy-dees).
As aneuploidias são casos em que o material genético é adicionado ou excluído em grande escala. Células com aneuploidias não estão apenas perdendo um gene. Em vez disso, os genes desaparecem em um cromossomo inteiro. “Aneuploidias são uma característica comum de células cancerosas”, diz LJI Pesquisador de Pós-Doutorado Hugo Sepulveda, Ph.D.
Descobrir essa conexão direta entre a perda de função do TET e as aneuploidias é uma grande descoberta no campo da biologia celular e dá aos pesquisadores uma pista de como encontrar genes que sustentam o desenvolvimento do câncer. “Agora podemos entender os mecanismos por trás do desenvolvimento da aneuploidia, embora não possamos dizer que essas mudanças sempre acontecem através dos mesmos genes em outros tipos de células”, diz o pesquisador de pós-doutorado LJI Hugo Sepulveda, Ph.D.
Sepulveda co-liderou a pesquisa com o ex-pesquisador de pós-doutorado do LJI Romain Georges, Ph.D., que gerou o modelo de camundongo e derivou as células-tronco para o projeto. LJI Professor Anjana Rao, Ph.D., atuou como autor sênior do estudo.
O que são proteínas TET?
Como pesquisador em Harvard, Rao descobriu a família de proteínas TET com Mamta Tahiliani, Ph.D., e L. Aravind, Ph.D. Seu trabalho desde então mostrou que as proteínas TET são peças-chave no crescimento e desenvolvimento celular. As proteínas TET podem proteger contra mutações causadoras de câncer e até mesmo proteger contra inflamações e doenças cardiovasculares. As proteínas TET têm um papel tão importante nas células porque influenciam a metilação do DNA, um processo que altera a forma como o DNA é lido e os genes são expressos.
O trabalho de Rao foi especialmente importante para entender a função TET em células imunes, como células T, células B e células mieloides. “Dr. Rao mostrou que toda vez que você tem uma deleção de um gene TET nessas células, você vê o desenvolvimento de um tipo diferente de câncer agressivo”, diz Sepulveda.
À medida que esta pesquisa continuava, a equipe do LJI notou algo estranho – células com proteínas TET ausentes ou prejudicadas também tendem a ter aneuploidias. Aqui estava outra ligação entre proteínas TET e cânceres.
As células com perda de função TET tendem a ter aneuploidias e as células cancerosas tendem a ter aneuploidias. Mas o que vem primeiro? A perda de função do TET desencadeia aneuploidias e cânceres, ou é o contrário?
Uma descoberta emocionante
Para entender melhor o câncer, Georges e Sepulveda se voltaram para as células-tronco embrionárias de camundongo como modelo. Essas células estavam naturalmente prontas para se dividir rapidamente, mas não propensas ao desenvolvimento de câncer. Os pesquisadores precisavam ver como a exclusão de proteínas TET poderia agitar as coisas.
Repetidamente, Georges, Sepulveda e seus colegas descobriram que as células com deleção TET desenvolveram aneuploidias três vezes mais que as células normais. Essas células alteradas perderam genes de forma muito rápida e aleatória. Os cientistas puderam ver os efeitos em embriões muito precoces, que consistiam em apenas oito células.
“Isso provou que a exclusão do TET teve um efeito direto nas aneuploidias”, diz Sepulveda. “Isso foi muito emocionante e não havia sido mostrado antes.”
Em seguida, os pesquisadores se voltaram para uma técnica de sequenciamento chamada RNA-seq para ver como a deleção de TET afeta outros genes. Eles viram uma “regulação negativa”, ou desligamento, de certos genes associados à replicação de células e DNA. Essa descoberta sugeriu que a exclusão de TET foi um grande golpe para um sistema que mantém as células se dividindo normalmente.
Então, quais genes são os culpados?
A deleção de TET em células-tronco embrionárias de camundongo parece ter o maior efeito em um gene chamado Khdc3, que pertencia a um sistema, ou complexo, que foi previamente estudado por sua atividade em ajudar os oócitos a se dividirem. Este complexo não é bem estudado, mas Khdc3 era conhecido por ser importante para manter a estabilidade do genoma em oócitos antes e após a fertilização e nos estágios iniciais do desenvolvimento embrionário.
Quando os pesquisadores restauraram a função da proteína KHDC3 nessas células, ficaram surpresos ao ver que a estabilidade do genoma também retornou. A aneuploidia foi revertida. O complexo que Khdc3 faz parte estava de volta a fazer o seu trabalho.
O novo estudo revelou dois fatos importantes sobre a perda de função do TET. Primeiro, que a perda de função do TET é uma causa direta das aneuploidias ligadas aos cânceres, uma vez que resultou em diminuição Khdc3 expressão. Em segundo lugar, a perda de função do TET em células-tronco embrionárias afeta a estabilidade do genoma por meio de algum complexo contendo KHDC3.
Sepulveda tem o cuidado de observar que o Khdc3 complexo só é conhecido por ser ativo no desenvolvimento embrionário inicial e em células-tronco embrionárias. Isso significa que, mesmo que as aneuploidias sejam observadas em cânceres com deficiência de TET, os cientistas ainda precisam determinar se esses cânceres regulam positivamente o KHDC3 (a maioria dos cânceres tende a regular os genes embrionários) e, em caso afirmativo, se as aneuploidias que eles desenvolvem são causadas pela função aberrante do KHDC3.
Notavelmente, aneuploidias são observadas em vários cânceres nos quais os TETs não são mutados, mas esses cânceres podem ter perdido a função TET devido a distúrbios metabólicos.
“A instabilidade do genoma em células cancerosas pode estar acontecendo através de outros genes que não Khdc3mas através de um mecanismo regulador semelhante que também envolve mudanças nos padrões de metilação do DNA”, diz Sepulveda. Khdc3 ainda é uma questão em aberto.”
Daqui para frente, Sepulveda espera descobrir exatamente como o Khdc3 complexo promove a estabilidade do genoma a jusante de proteínas TET em células-tronco embrionárias.
Este trabalho foi apoiado pelos Institutos Nacionais de Saúde (bolsas de pós-doutorado R35 CA210043, R01 GM074215, NIH S10OD016262, NIH S10RR027366, AI125179 e F32), o Pew Latin-American Fellows Program do The Pew Charitable Trusts, o Instituto da Universidade da Califórnia para o México e os Estados Unidos-Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (UC MEXUS-CONACYT).
Esta pesquisa utilizou recursos do Advanced Light Source, que é um DOE Office of Science User Facility sob contrato no. DE-AC02-05CH11231. O NovaSeq 6000 e o HiSeq 2500 foram adquiridos por meio do Programa Shared Instrumentation Grant (SIG) (S10); NovaSeq 6000 S10OD025052 e HiSeq 2500 S10OD016262.
.
