Sabemos que a diferença entre Cabernet-Sauvignon e Chardonnay é as uvas para vinho tinto e branco. Mas como essa mudança ocorreu? Foi um gene saltador que induziu uvas vermelhas a produzir uma variedade de casca branca, alterando a sequência de um de seus genes. Acontece que os mesmos elementos de DNA que causaram essa mudança também existem em humanos.
Os genes saltadores provavelmente estão em nosso genoma há milhares de anos. Eles são residentes tranquilos, trazendo diversidade genômica e evolução para milhares de espécies. No entanto, eles também podem ser portadores de más notícias. Ocasionalmente, é o movimento repentino desses elementos em torno de nosso genoma que pode ser uma das principais causas de doenças .
De onde vêm os genes saltadores?
O genoma humano é enorme. Na verdade, colocar todas as fitas de DNA de seu corpo de ponta a ponta chegaria ao fim do sistema solar. O genoma é tão intrigante que, em 2001, foi lançado o ambicioso Projeto Genoma Humano, com o objetivo de sequenciar e entender o que cada gene do corpo humano estava fazendo. Após sua conclusão em 2003, o Projeto Genoma Humano descobriram que apesar do enorme tamanho do genoma humano, os genes que codificam para uma proteína e que, portanto, têm um papel funcional na formação da identidade da célula eram apenas uns minúsculos 2%! Os 98% restantes eram um mistério, e por isso foram chamados de Dark Genome.
O DNA em cada organismo vivo é composto de apenas quatro estruturas químicas, chamadas de ácidos nucléicos, que os cientistas abreviavam A, T, C, G. Individualmente, as substâncias químicas não têm propósito, mas quando unidas em longas fitas de DNA chamadas cromossomos, elas fornecer as instruções de codificação para a identidade de cada célula em todo o corpo. Imagine que cada um desses quatro ácidos nucléicos representa letras do alfabeto. As letras sozinhas não têm nenhum significado. No entanto, quando essas letras são combinadas em palavras e frases para formar o DNA completo, elas começam a fazer sentido. Usando tecnologia de sequenciamento de última geração, o Projeto Genoma Humano visava ler todas as letras, de ponta a ponta, do livro do DNA humano. O Projeto Genoma Humano descobriu que a maior parte do DNA do Genoma Escuro não era apenas extremamente desafiador para sequenciar, mas também era quase impossível interpretar qual função esse DNA estava tendo nas células.
A partir dessas descobertas foi lançada a Enciclopédia de Elementos de DNA ( ENCODE ), que teve como objetivo determinar exatamente o que esse misterioso Dark Genome estava fazendo em nossas células.
Uma das principais descobertas do projeto ENCODE foi que um grande contribuidor do Genoma Escuro foi um tipo único de elemento chamado transposon, ou gene saltador. Na verdade, esses genes saltadores já haviam sido descritos pelo A vencedora do Prêmio Nobel Barbara McClintock 50 anos antes, embora suas teorias estivessem sob algum ceticismo naquela época!
Os transposons são excepcionais. Eles têm a capacidade exclusiva de se mover pelo genoma e realocar sua sequência de DNA. Para muitos tipos de transposon, esse movimento ocorre por meio de uma molécula intermediária altamente especializada. Por meio de uma estratégia do tipo “copiar e colar” ou “cortar e colar”, dependendo do tipo de transposon, o gene saltador pode copiar sua sequência de volta para o genoma em um local alternativo. Imagine uma única frase em um livro, copiada e colada milhares de vezes repetidas vezes ao longo do livro. Usando seus olhos, seria impossível adivinhar perfeitamente quantas vezes a frase foi copiada e de que parte do livro uma única frase se originou. A máquina de sequenciamento não é melhor neste desafio! É fácil ver como essa sequência pode ser considerada lixo.
Os transposons, entretanto, estão longe de ser lixo. A capacidade dos transposons de se copiarem no genoma pode ser altamente benéfica, trazendo diversidade e impulsionando a evolução. Foi a mobilidade dos transposons que provavelmente impulsionou a atividade dos genes necessários para os primeiros passos do desenvolvimento embrionário normal. Eles provavelmente também desempenharam um papel na evolução da placenta, um órgão temporário exclusivo para o desenvolvimento embrionário dos mamíferos.
Mas eles também podem trazer o caos.
Eles foram descobertos pela primeira vez como a causa de doenças em dois indivíduos desconectados, ambos com uma doença sangüínea grave em 1988. Os pesquisadores descobriram que um transposon saltou diretamente para o meio de um gene de coagulação chamado “F8”. Imagine como se uma frase, o transposon, tivesse se inserido no meio de outra frase, o gene, no livro de DNA. As palavras não fazem mais sentido. Pensa-se que cerca de metade dos cancros humanos podem ter sido induzidos por um transposão que altera a frase do DNA de um gene codificador de proteína saudável para algo sem sentido. Freqüentemente, esses genes codificadores de proteínas saudáveis são um tipo de gene denominado “supressor de tumor”. Quando um transposon se insere nesse tipo de gene, ele desativa sua função normal, deixando-o de ser um supressor e permitindo o desenvolvimento de um tumor. Estudos do gene “APC”, que é comumente afetado em cânceres de cólon, descobriram exatamente isso; um transposon saltou para o meio desse gene e interrompeu sua função normal.
Por outro lado, alguns tipos de transposon foram mostrados para prevenir desenvolvimento de câncer. UMA estudo recente usando células de leucemia, descobriram que a atividade dos transposons na verdade suprimia o avanço da leucemia mieloide aguda. Quando os cientistas bloquearam a atividade do transposon, eles descobriram que a progressão da leucemia e, portanto, o prognóstico potencial do paciente, era na verdade pior.
Novas terapias e tratamentos para doenças como o câncer poderiam ser alcançados pela compreensão e interpretação dos benefícios, atividade e mecanismos do Dark Genome, e a capacidade dos transposons contidos neste DNA se moverem. Também significará aprender mais sobre o papel dos transposons nas doenças genéticas e na fertilidade. Os cientistas atualmente especulam que a extensão da atividade do transposon em óvulos femininos pode ser usada pelo ovário como um método de controle de qualidade.
Para tornar os tratamentos mais eficazes, precisamos ser capazes de ler o livro do genoma humano com mais detalhes. Em 2021, um sequenciamento ainda não revisado por pares para mudar o jogo estudar foi lançado, adicionando espantosos 200 milhões de ácidos nucléicos, contendo 115 novos genes , aos dados do Projeto Genoma Humano, usando as estratégias de sequenciamento de DNA mais modernas e contemporâneas. Agora, em vez de sequenciar uma única letra de cada vez, somos capazes de sequenciar parágrafos ou páginas inteiras do livro de DNA de uma vez, permitindo que os cientistas façam suposições mais precisas sobre a função e a origem da sequência repetitiva contida no Genoma das Trevas.
O que podemos ter certeza, entretanto, é que o DNA lixo está longe de ser lixo. Na verdade, seu DNA lixo pode contribuir com algumas das sequências de DNA mais importantes que suas células poderiam pedir. Estamos apenas começando a aprender por quê.