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Os cientistas que estudam a doença de Alzheimer (DA) identificaram milhares de variantes genéticas no genoma no desenvolvimento desta doença neurodegenerativa progressiva.
Essas variantes estão predominantemente localizadas em regiões genômicas que não codificam proteínas, dificultando a compreensão de quais variantes conferem risco de DA aos indivíduos. As variantes não codificantes já foram consideradas “DNA lixo” pelos cientistas. Nos últimos anos, estas variantes têm sido apreciadas por desempenharem papéis cruciais no controlo da expressão genética em tecidos e tipos de células. No entanto, ligar estas variantes não codificantes aos genes que regulam e aos efeitos nas funções relacionadas com a DA é uma tarefa difícil.
Agora, pesquisadores da Universidade da Carolina do Norte em Chapel Hill e da Universidade da Califórnia, em São Francisco, identificaram as conexões das variantes de risco com funções na microglia e como elas podem contribuir para a DA.
“Microglia são células imunológicas do cérebro e são extremamente importantes para a DA”, disse Yun Li, professor de genética e bioestatística na Escola de Medicina da UNC e na Escola de Saúde Pública Global da UNC Gillings. “Nosso estudo se concentra diretamente nas regiões genômicas críticas que são importantes para a regulação das células da microglia. Essas variantes e regiões que descobrimos servirão como um excelente ponto de partida para a realização de novos experimentos na microglia.”
Li e Yin Shen, PhD, professor associado do Instituto de Genética Humana e do Departamento de Neurologia da UC-San Francisco, e suas equipes realizaram uma análise detalhada na microglia de potenciais regiões funcionais que abrigam variantes genéticas associadas à DA. Eles descobriram 181 novas regiões de interesse contendo 308 variantes priorizadas, que anteriormente não eram consideradas como tendo algum papel na doença de Alzheimer. Seus resultados foram publicados em Genética da Natureza.
Mapeamento fino e CRISPRi
Li e seus colegas partiram de 37 loci genéticos associados à DA para priorizar variantes de risco e suas regiões funcionais potenciais residentes – denominadas regiões candidatas reguladoras cis (cCRE) – na microglia, eles realizaram um processo chamado mapeamento fino. Um locus de cada vez, eles estudaram as variantes associadas com uma consideração especial de assinaturas epigenéticas e anotações de interação do genoma 3D indicando sua probabilidade de funcionar na microglia.
Depois de priorizar variantes que têm maior probabilidade de exercer seu efeito na DA através da função reguladora do gene na microglia, eles realizaram experimentos de triagem de interferência CRISPR (CRISPRi) para determinar as regiões exatas que afetam a expressão do gene da microglia usando microglia diferenciada de células-tronco pluripotentes humanas.
Usando esta tecnologia de edição epigenômica, os pesquisadores podem “perturbar” regiões candidatas para ver se alguma região genômica testada pode impactar a expressão genética a jusante. Eles descobriram que desligar uma região muitas vezes pode impactar uma “vizinhança inteira” de genes, muito parecido com um apagão na rede elétrica.
“Temos feito a pergunta errada”, disse Li. “Deveríamos estar perguntando qual é o gene alvo ou genes dessas variantes estão afetando a microglia. Às vezes, uma variante pode afetar a expressão de múltiplos genes na vizinhança”.
Identificando um entre os demais
Além disso, cada região pode conter diversas variantes genéticas associadas à DA. Os pesquisadores precisaram então identificar quais variantes são causais entre as muitas que foram identificadas por meio de análise genética. Tal precisão é crucial para a compreensão dos mecanismos pelos quais as variantes não codificantes contribuem para o desenvolvimento da DA.
A equipe empregou uma técnica de edição de genoma de ponta – edição primária, que lhes permite introduzir uma única substituição de base de DNA por vez e avaliar a função de variantes individuais no momento. TSPAN14 Locus de risco de DA. Através deste método, conseguiram identificar uma variante específica, diferenciando-a de outra quase perfeitamente correlacionada e na mesma região cCRE, responsável por TSPAN14 expressão.
Vinculando variantes não codificantes a funções além da expressão genética
Mais importante ainda, a variante responsável afetou ainda mais negativamente uma cascata de processos celulares a jusante, incluindo a maturação da proteína ADAM10 e a destruição solúvel do TREM2 na microglia. Uma vez que todos os três genes acima mencionados são conhecidos por serem genes de risco para a DA, o estudo liga com sucesso uma variante não codificante da DA a funções na microglia, para além do controlo da expressão genética.
Os resultados da sua investigação, disse Li, servirão como uma nova base a partir da qual outros investigadores poderão descobrir mais variantes causais da DA, prever riscos de doenças e desenvolver terapias mais eficazes. Este trabalho também foi possível em colaboração com o grupo de Li Gan do Helen and Robert Appel Alzheimer’s Disease Research Institute, Weill Cornell Medical College.
Os laboratórios Li, Shen e Gan continuarão a expandir a análise de variantes de risco de DA usando sistemas de modelos mais complexos que imitam o cérebro humano, como organoides cerebrais humanos.
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