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A cor da pele, do cabelo e dos olhos de mais de oito bilhões de seres humanos é determinada pelo pigmento que absorve a luz conhecido como melanina. Um artigo publicado recentemente na revista Science apresenta pesquisas de Vivek Bajpai, Ph.D., autor principal e professor assistente na Escola de Engenharia Química, Biológica e de Materiais Sustentáveis da Universidade de Oklahoma, e colaboradores da Universidade de Stanford. Sua pesquisa identificou 135 novos genes associados à pigmentação.
A melanina é produzida dentro de estruturas especiais chamadas melanossomas. Os melanossomas são encontrados dentro de células de pigmento produtoras de melanina chamadas melanócitos. Embora todos os seres humanos tenham o mesmo número de melanócitos, a quantidade de melanina que eles produzem difere e dá origem à variação na cor da pele humana.
“Para entender o que realmente causa a produção de diferentes quantidades de melanina, usamos uma tecnologia chamada CRISPR-Cas9 para modificar células geneticamente”, disse Bajpai. “Usando o CRISPR, removemos sistematicamente mais de 20.000 genes de centenas de milhões de melanócitos e observamos o impacto na produção de melanina”.
Para identificar quais genes influenciam a produção de melanina, as células que perderam melanina durante o processo de remoção do gene precisaram ser separadas de milhões de outras células que não o fizeram. Usando culturas de células in vitro, Bajpai desenvolveu um novo método para atingir esse objetivo que detecta e quantifica a atividade de produção de melanina dos melanócitos. Ao passar a luz pelos melanócitos, ele pôde registrar se a luz foi absorvida ou espalhada pela melanina interna.
“Se houver muitos melanossomos produtores de melanina, a luz se espalhará muito mais do que em células com pouca melanina”, disse Bajpai. “Usando um processo chamado dispersão lateral de citometria de fluxo, fomos capazes de separar células com mais ou menos melanina. Essas células separadas foram então analisadas para determinar a identidade dos genes modificadores da melanina. Identificamos genes novos e previamente conhecidos que desempenham papéis importantes na regulação da produção de melanina em humanos”.
Os pesquisadores encontraram 169 genes funcionalmente diversos que impactaram a produção de melanina. Desses, 135 não foram previamente associados à pigmentação. Eles identificaram ainda a função de dois genes recém-descobertos: KLF6 e COMMD3. A proteína de ligação ao DNA KLF6 levou a uma perda de produção de melanina em humanos e animais, confirmando o papel que o KLF6 desempenha na produção de melanina também em outras espécies. A proteína COMMD3 regulou a síntese de melanina controlando a acidez dos melanossomas.
Historicamente, a pigmentação mais escura tem sido necessária para proteger contra a radiação ultravioleta em áreas próximas ao equador e para pessoas que passam horas sob luz solar direta. À medida que os humanos se mudaram para áreas com menos luz solar direta ou menos horas de luz do dia em geral, menos melanina foi necessária. Com o tempo, isso resultou em melanossomas que produziram menos melanina, absorvendo assim mais luz solar.
“Ao entender o que regula a melanina, podemos ajudar a proteger as pessoas de pele mais clara do melanoma ou câncer de pele”, disse Bajpai. “Ao direcionar esses novos genes de melanina, também poderíamos desenvolver drogas modificadoras de melanina para vitiligo e outras doenças de pigmentação”.
Os processos tecnológicos desenvolvidos e utilizados pela equipe de pesquisa também poderão ser aplicados para identificar genes que regulam a produção de melanina em fungos e bactérias. A produção de melanina em fungos e bactérias permite que eles sejam mais patogênicos para humanos ou plantações. Os pesquisadores poderiam desenvolver intervenções eficazes contra esses micróbios e suas doenças, descobrindo e direcionando esses genes produtores de melanina.
O papel de Bajpai no estudo foi concluído durante sua cátedra na Universidade de Oklahoma. No entanto, uma parte desta pesquisa ocorreu durante sua bolsa de pesquisa de pós-doutorado na Universidade de Stanford. Uma bolsa do Oklahoma Center for Adult Stem Cell Research apoiou o estudo. Financiamento adicional foi fornecido pelo Departamento de Defesa dos EUA, CA160997; Instituto Médico Howard Hughes; Instituto Nacional de Ciências Médicas Gerais, NIH R35 GM131757; Prêmio Stinehart-Reed; e o Ludwig Center for Cancer Stem Cell Research and Medicine.
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