Pesquisadores da Universidade Estadual da Carolina do Norte desenvolveram uma matriz que avalia os níveis de metilação de genes localizados em regiões de controle de impressão (ICRs) dentro do genoma humano. A matriz representa um método econômico e eficiente para explorar possíveis vínculos entre exposições ambientais e desregulação epigenética durante as origens precoces do desenvolvimento de doenças e distúrbios comportamentais.
Os ICRs regulam a expressão de genes impressos – genes em que apenas uma cópia dos pais do gene está ativa, enquanto a outra cópia é silenciada no início do desenvolvimento. Os genes impressos são de especial interesse para epidemiologistas, geneticistas e toxicologistas que estudam as conexões entre influências ambientais e doenças, porque as marcas de metilação que controlam sua expressão são suscetíveis a influências ambientais.
Essas modificações de metilação do DNA podem ser estáveis ao longo da vida do indivíduo afetado e podem até ser passadas para seus filhos. Isso é de particular interesse na epigenética, que é o estudo de mudanças hereditárias na expressão gênica na ausência de alterações na sequência de DNA.
“A metilação-se um gene está ‘desligado’ ou ‘em’-é a coisa mais fácil de se olhar quando você está investigando efeitos epigenéticos”, diz Cathrine Hoyo, professor de ciências biológicas do estado da NC e co-correspondente autor do trabalho. “Serve como um ponto de partida para descobrir as relações entre o meio ambiente e a expressão gênica”.
Embora os matrizes de metilação existam para investigar a expressão gênica, os mais usados não incluem sondas específicas para ICRs. Em vez disso, os cientistas interessados em regulamentação genética impressa devem sequenciar todo o genoma de um sujeito, que é caro, demorado e impraticável em grandes estudos populacionais.
A nova matriz contém 22.000 sondas fluorescentes específicas para 1.000 dos 1.488 ICRs conhecidos no genoma humano. As sondas são sequências de DNA curtas que visam locais de metilação específicos dentro desses ICRs, com sondas alternativas ligando as versões metiladas e não metiladas. As sondas alternativas para cada local alvo têm diferentes sinais fluorescentes, para que a quantidade relativa de cada limite da sonda possa ser medida e o nível de metilação para cada local determinado a partir da razão das sondas específicas.
Como prova de conceito, a equipe de pesquisa usou o DNA de um conjunto de pacientes com Alzheimer para comparar dados de metilação de ICR dos dados da matriz com os resultados de metilação obtidos pelo sequenciamento de genoma inteiro e encontraram uma correlação significativa entre os dois métodos. Mais notavelmente para aplicação clínica, os resultados foram concluídos após uma semana, em comparação com potencialmente meses necessários para a interpretação dos genomas completos.
“Em grandes estudos, temos que rastrear os participantes”, diz Hoyo. “Se houver 1.000 pessoas em um estudo, simplesmente não é possível fazer muitas seqüências genômicas completas de uma maneira oportuna e econômica. É especialmente um desperdício quando você considera que estamos interessados apenas em 22.000 sites em milhões no genoma.
“Essa matriz faz a triagem para nós – ela analisa apenas os locais de interesse e nos permite focar tempo e energia no seqüenciamento completo somente quando necessário. Essencialmente, peneira o trigo do palha para que possamos focar apenas nas ICRs que podem estar envolvidas na doença”.
O trabalho aparece em Comunicações epigenéticas e foi apoiado pelos Institutos Nacionais de Saúde sob os números de concessão R01ES093351, R01HD098857, R01MD011746 e R21HD093351, e por financiamento do Centro de Saúde Humana e do Meio Ambiente do Estado da NC. A tecnologia foi licenciada pela Trudiagnostic, Inc. Ryan Smith, da Trudiagnóstica, é co-correspondente. Outros co-autores incluem o primeiro autor Natalia Carreras-Gallo, Varun B. Dwaraka e Tavis L. Mendez da Trudiagnostic; Dereje D. Jima, David A. Skaar, Antonio Planchart e Randy L. Jirtle, da NC State University; e WANDING ZHOU da Universidade da Pensilvânia.