No sapo Xenopus, modificações de DNA como 5FC ajudam a ativar genes durante o desenvolvimento de um zigoto.
BOTH proteínas e DNA podem transportar marcas, chamadas marcadores epigenéticos, que instruem quando e quais genes são expressos. Embora muitos desses marcadores tenham sido descritos em proteínas, as marcas epigenéticas no DNA são mais ilusórias. Até recentemente, apenas um marcador de boa-fé havia sido identificado no DNA: uma adição de um grupo metil chamado 5-metilcitosina (5MC). Agora, um novo estudo mostrou que um derivado de 5MC, 5-formilcitosina (5FC) também funciona como um epigenético de DNA marcador e influencia a expressão de genes durante o desenvolvimento inicial.1 A descoberta publicada em CélulaExpande a compreensão dos cientistas de como as modificações do DNA, além das modificações de proteínas, podem influenciar os processos celulares.
“Este estudo traz de volta os holofotes para as modificações de DNA de uma maneira importante”, disse Alfonso Bellacosaum geneticista da Temple University que não estava envolvido no estudo.
Durante décadas, os cientistas acreditavam que 5MC era a principal marca epigenética no DNA, agindo para silenciar genes através da metilação. Embora os cientistas inicialmente acreditassem que os derivados oxidados de 5MC, incluindo 5FC, serem meramente intermediários no processo de desmetilação do DNA, eles questionaram se essas marcas também poderiam desempenhar um papel em Regulação de genes.2
“Se eles tinham uma vida própria ainda não estava clara”, disse Coautora Christof Niehrsum biólogo molecular do Instituto de Biologia Molecular em Mainz.
Para caracterizar o papel desses derivados, a equipe de Niehrs estuda o desenvolvimento de Xenopus embriões de sapo. Especificamente, eles examinaram um processo chamado ativação do genoma zigótico, durante o qual os oócitos transitam do uso de genes maternos para expressar os próprios genes do embrião.
A equipe usou a imunofluorescência para observar como os outros dois derivados (5CAC e 5HMC) se acumularam em todo o embrião para ver se eles podem ter alguma influência sobre a expressão gênica. No início do desenvolvimento, a equipe descobriu que o 5FC, mas não os outros derivados, acumulou -se em estruturas chamadas cromocentros. Esses cromocentros foram localizados em uma região conhecida por estar associada à transcrição da RNA polimerase III (Pol III). Quando a equipe investigou onde o 5FC se acumulou no genoma, eles descobriram que era enriquecido de maneira única nos genes de tRNA que, quando transcritos, recrutam Pol III e promovem a biossíntese de proteínas.
A equipe então manipulou os níveis de 5FC para ver como isso afetaria a ligação do POL III. Para fazer isso, eles usaram enzimas Tet, responsáveis pela oxidação de 5MC para formar 5FC e a enzima timina DNA glicosilase (TDG), que remove 5FC. Injetando embriões com morfolinos que prejudicaram a síntese e a produção de 5FC, os níveis de 5FC e Pol III se ligam aos genes alvo e a expressão de tRNA diminuiu. Da mesma forma, a redução dos níveis de 5FC pela superexpressão de TDG prejudicou a ligação de Pol III aos genes do tRNA e inibiu, em vez de ativada, sua expressão.
A descoberta do 5FC como apenas a segunda marca epigenética do DNA expande a compreensão dos pesquisadores de quão influente essas mudanças podem ser. Isso pode levar a novos caminhos de pesquisa sobre como as diferentes modificações do DNA influenciam os processos celulares. Por exemplo, a descoberta de que o 5FC é essencial para a ativação dos genes de tRNA durante a ativação do genoma zigótico nos embriões iniciais sugere que ele pode desempenhar um papel crítico na regulação dos programas de expressão gênica necessários para o desenvolvimento embrionário adequado. E como o 5FC é enriquecido em regiões regulatórias ativas, pode ser importante para manter a identidade das células -tronco e regulamentar as vias de diferenciação.
Além disso, o 5FC pode estar envolvido na regulação de oncogenes ou genes supressores de tumores, apontou Bellacosa. “Seria interessante ver se mecanismos semelhantes se aplicam nesse caso”, disse ele. Se o 5FC também regula outros processos, os padrões alterados 5FC podem servir como assinaturas epigenéticas que podem ser usadas como biomarcadores diagnósticos ou prognósticos para várias doenças.
Será importante ver se esse mecanismo generaliza para os animais além do sapo, acrescentou Bellacosa. Finalmente, exatamente como um produto intermediário influencia ativamente a expressão gênica ainda precisa ser resolvida, acrescentou Bellacosa. “O gênio está nos detalhes.”