Doença cardíaca, leucemia ligada à disfunção no núcleo

Doença cardíaca, leucemia ligada à disfunção no núcleo

Os cientistas da Salk identificam o núcleo da célula como um condutor da expressão gênica e, às vezes, da doença

LA JOLLA—Colocamos as coisas em um contêiner para mantê-las organizadas e seguras. Nas células, o núcleo tem um papel semelhante: manter o DNA protegido e intacto dentro de uma membrana envolvente. Mas um novo estudo dos cientistas do Instituto Salk, detalhado na edição de 2 de novembro da Genes e desenvolvimento, revela que esse recipiente celular age sobre seu conteúdo para influenciar a expressão gênica.

“Nossa pesquisa mostra que, longe de ser um invólucro passivo como muitos biólogos pensavam, a membrana nuclear é uma estrutura reguladora ativa”, diz Salk Professor martin hetzer, que também é titular da cadeira da Jesse and Caryl Philips Foundation. “Ele não apenas interage com porções do genoma para conduzir a expressão gênica, mas também pode contribuir para processos de doenças quando os componentes estão com defeito”.

Usando um conjunto de tecnologias de biologia molecular, a equipe Salk descobriu que duas proteínas, que ficam no envelope nuclear, juntamente com os complexos de membrana que formam, associam-se ativamente com trechos de DNA para desencadear a expressão de genes-chave. Uma melhor compreensão dessas funções de nível superior pode fornecer informações sobre doenças que parecem estar relacionadas a componentes disfuncionais da membrana nuclear, como leucemia, doenças cardíacas e distúrbios do envelhecimento.

Historicamente, pensava-se que o principal objetivo da membrana nuclear era manter o conteúdo do núcleo fisicamente separado do resto da célula. Complexos de pelo menos trinta proteínas diferentes, chamadas nucleoporinas, formam portais (poros) na membrana, controlando o que entra ou sai. Mas, como mostra o trabalho do laboratório Hetzer com nucleoporinas, esses complexos de poros nucleares (NPCs), além de serem meros portais para o núcleo, têm efeitos reguladores surpreendentes no DNA interno.

“Descobrir que as principais regiões reguladoras do genoma estão realmente posicionadas nos poros nucleares foi muito inesperado”, diz Arkaitz Ibarra, cientista da equipe da Salk e primeiro autor do artigo. “E ainda mais importante, as proteínas dos poros nucleares são críticas para a função desses locais genômicos”.

Curiosa sobre todas as regiões do DNA com as quais as nucleoporinas potencialmente interagem, a equipe se voltou para uma linha celular de câncer ósseo humano. Os cientistas usaram uma técnica de biologia molecular chamada DamID para identificar onde duas nucleoporinas, Nup153 e Nup93, entraram em contato com o genoma. Em seguida, eles usaram várias outras técnicas de sequenciamento para entender quais genes estavam sendo afetados nessas regiões e como.

A equipe Salk descobriu que Nup153 e Nup93 interagiram com trechos do genoma chamados super-intensificadores, que são conhecidos por ajudar a determinar a identidade celular. Como todas as células do nosso corpo têm o mesmo DNA, o que torna uma célula muscular diferente de uma célula do fígado ou de uma célula nervosa é quais genes específicos são ativados ou expressos dentro dessa célula. No estudo de Salk, descobriu-se que a presença de Nup153 e Nup93 regula a expressão de genes impulsionados por super-intensificadores e experimentos que silenciaram qualquer uma das proteínas resultaram em expressão anormal de genes dessas regiões. Outros experimentos em uma linhagem de células de câncer de pulmão validaram os resultados da linhagem de câncer ósseo: descobriu-se que as nucleoporinas no NPC interagem com várias regiões super-intensificadoras para conduzir a expressão gênica, enquanto experimentos que alteraram as proteínas NPC tornaram a expressão gênica relacionada defeituosa, embora o as proteínas ainda desempenhavam seu papel principal como guardiãs da membrana celular.

“Foi incrível descobrir que poderíamos perturbar as proteínas sem afetar seu papel de porta de entrada, mas ainda fazer com que a expressão do gene próximo desse errado”, diz Ibarra.

Os resultados reforçam outros trabalhos que indicam que problemas com a membrana nuclear desempenham um papel em doenças cardíacas, leucemia e progéria, uma rara síndrome de envelhecimento prematuro.

“As pessoas pensaram que a membrana nuclear é apenas uma barreira protetora, que talvez seja a razão pela qual ela evoluiu em primeiro lugar. Mas há muitos outros níveis regulatórios que não entendemos. E é uma área tão importante porque, até agora, todas as proteínas de membrana que foram estudadas e encontradas como mutantes ou mal localizadas parecem causar uma doença humana”, diz Hetzer.

Outros autores do artigo foram Swati Tyagi, do Salk Institute, Chris Benner, da University of California, San Diego, e Jonah Cool, da Organovo Holdings, Inc.

A obra foi financiada pela Programa de Ciências da Fronteira Humana, National Institutes of Health conceder R01GM098749, NIH Transformative Research Award R01NS096786, o Fundação Glenn para Pesquisa Médica, Fundação NOMIS, Fundação Keck e American Cancer Society Prêmio número P30CA014195.