As mudanças epigenéticas desempenham papéis importantes no câncer, doenças metabólicas e relacionadas ao envelhecimento, mas também durante a perda de resiliência, pois fazem com que o material genético seja interpretado incorretamente nas células afetadas. Um grande estudo de cientistas de Helmholtz Munique publicou em Natureza Agora fornece novas idéias importantes sobre como as assinaturas complexas de modificação epigenética regulam o genoma. Este estudo abrirá o caminho para novos tratamentos de doenças causadas por máquinas epigenéticas defeituosas.
O mistério não resolvido da complexidade epigenética
Nossos corpos são compostos por centenas de diferentes tipos de células, cada um com sua forma e função únicas. As informações sobre como construir um organismo são armazenadas em nosso DNA. No entanto, embora todas as nossas células compartilhem o mesmo DNA, elas nem todas lêem da mesma maneira. Então, como, por exemplo, um fígado ou uma célula cerebral sabe quais instruções seguirem? Para tornar isso possível, pequenas etiquetas químicas, as chamadas modificações epigenéticas, são usadas. Eles agem como bandeiras e dizem a cada célula quais partes do DNA usar e quais ignorar.
Simples à primeira vista, essa regulação epigenética é muito mais complexa, pois existem muitas modificações diferentes que podem ser ligadas diretamente ao nosso DNA ou às chamadas proteínas de histonas. “As histonas são pequenas proteínas em torno das quais nosso DNA está envolvido e, assim, serve para empacotar o material genético”, diz o líder do estudo Dr. Till Bartke, vice -diretor do Instituto de Epigenética Funcional (IFE) em Helmholtz Munique. “Dependendo de como as histonas ou o DNA são modificadas quimicamente, elas podem ter efeitos diferentes no DNA e, assim, controlar a atividade do gene”. Juntos, as modificações epigenéticas formam o que os cientistas chamam de código epigenético, permitindo que as células ligam ou desativem os genes de acordo com suas necessidades específicas.
No entanto, como essas modificações epigenéticas funcionam juntas permaneceram um grande quebra -cabeça. Descobrir como esse código epigenético funciona é o foco da pesquisa no Instituto de Epigenética Funcional liderada pelo Prof. Robert Schneider: “Nossa compreensão da complexa interação entre nosso DNA e os mecanismos epigenéticos agora deu um importante passo adiante com este estudo inovador do nosso instituto”.
Quebrando o código epigenético em um tubo de ensaio
Para decifrar o código epigenético, até Bartke e colegas de trabalho desenvolveram uma maneira criativa de examinar como diferentes combinações de modificações epigenéticas funcionam juntas. Eles reconstruíram muitas dessas modificações em um tubo de ensaio e realizaram experimentos para estudar como eles interagem com as proteínas em nossas células, usando uma combinação de métodos sofisticados bioquímicos e espectrométricos de massa.
“As modificações epigenéticas geralmente atuam em cooperação com as chamadas proteínas do leitor epigenético que as reconhecem e promovem efeitos a jusante” explica o Dr. Andrey Tgardovskiy, pesquisador de pós-doutorado e um dos primeiros autores do estudo. “Descobrir como os leitores epigenéticos interpretam essas assinaturas complexas de modificação é, portanto, a chave para entender como nossas funções do genoma e como sua regulação incorreta pode levar a doenças humanas”. Pela primeira vez, os pesquisadores podiam ver como as diferentes combinações de modificações são “lidas” e traduzidas pelas máquinas de proteínas em nossas células.
Decodificar a linguagem epigenética com um computador
Usando abordagens de IA recém -desenvolvidas, eles se propuseram a decodificar a linguagem das modificações epigenéticas. Os pesquisadores descobriram que alguns constituintes do código epigenético têm um grande impacto, especialmente nos trechos do DNA que controlam a ativação do gene, enquanto outros têm um efeito menor. Ao reunir todas essas informações, eles conseguiram extrair várias regras fundamentais de como nosso material genético é organizado e controlado dentro de nossas células. Esses insights são altamente relevantes para muitos cientistas em diferentes áreas e prevê -se que catalisem muitas descobertas futuras. Para garantir que suas descobertas estejam o mais disponível possível, os pesquisadores construíram um site chamado ‘Atlas de modificação de regulamentação por estados da cromatina’ (https://marcs.helmholtz-munich.de), isso fornece um recurso on -line interativo intuitivo para explorar os resultados de seu estudo.
Entendendo a epigenética para tratar doenças humanas
“Como as modificações epigenéticas desempenham papéis cruciais em tudo o que nossos corpos fazem, desde crescer e aprender até permanecer saudáveis, as coisas dão errado quando as modificações são extraviadas ou mal interpretadas. Muitas vezes, isso causa doenças como câncer, distúrbios do desenvolvimento ou deficiências mentais”, diz até Bartke. “Mas as mudanças epigenéticas também se acumulam ao longo da vida e são afetadas pelo meio ambiente, nutrição e estilo de vida – isso pode contribuir para doenças como diabetes e levar a efeitos deletérios do envelhecimento”. Ao entender como as modificações epigenéticas funcionam e o que dá errado em doenças, os pesquisadores do IFE pretendem desenvolver novas maneiras de tratar essas doenças e enfrentar a adaptação a um ambiente em mudança.
Sobre os cientistas
Dr. Till Bartke, vice -diretor do Instituto de Epigenética Funcional em Helmholtz de Munique
Dr. Andrey TVARDOVSKIY, PostDoc no Instituto de Epigenética Funcional de Helmholtz de Munique
Dr. Robert Schneider, diretor do Instituto de Epigenética Funcional de Helmholtz de Munique