As pessoas que possuíam aparelhos de televisão em preto e branco até a década de 1980 não sabiam o que estavam perdendo até adquirirem uma TV em cores. Uma mudança semelhante pode acontecer no mundo da genômica, pois pesquisadores do Instituto de Biologia de Sistemas Médicos de Berlim do Centro Max Delbrück (MDC-BIMSB) desenvolveram uma técnica chamada Genome Architecture Mapping (“GAM”) para examinar o genoma e ver em glorioso tecnicolor. O GAM revela informações sobre a arquitetura espacial do genoma que é invisível para os cientistas que usam apenas o Hi-C, uma ferramenta desenvolvida em 2009 para estudar as interações do DNA, relata um novo estudo em Métodos da Natureza pelo laboratório Pombo.
“Com uma TV em preto e branco, você pode ver as formas, mas tudo parece cinza”, diz a professora Ana Pombo, bióloga molecular e chefe do laboratório de Regulação Epigenética e Arquitetura da Cromatina. “Mas se você tem uma TV em cores e olha para as flores, percebe que elas são vermelhas, amarelas e brancas e não sabíamos disso. Da mesma forma, também há informações sobre a forma como o genoma é dobrado em três dimensões que não temos tinha conhecimento.”
Compreender a organização do DNA pode revelar a base da saúde e da doença. Nossas células empacotam um genoma de 2 metros de comprimento em um núcleo de aproximadamente 10 micrômetros de diâmetro. O empacotamento é feito precisamente para que o DNA regulador entre em contato com os genes certos nos momentos certos e os ligue e desligue. Alterações na configuração tridimensional podem interromper esse processo e causar doenças.
“Sabemos há muito tempo que as doenças ocorrem em famílias”, diz o Dr. Robert Beagrie, co-autor do estudo e biólogo molecular da Universidade de Oxford, anteriormente no laboratório Pombo. “Mais recentemente, entendemos que grande parte dessa predisposição ocorre porque herdamos variantes de sequência de DNA de nossos pais que afetam como nossos genes são ativados e desativados”.
GAM fornece informações mais complexas
Técnicas como Hi-C e GAM permitem que os cientistas congelem e estudem as interações entre sequências regulatórias e genes. No Hi-C, a cromatina é cortada em pedaços usando enzimas e depois colada novamente de forma que as interações bidirecionais do DNA sejam reveladas no sequenciamento. No GAM, descrito pela primeira vez pela equipe Pombo em “Nature” em 2017, os cientistas pegam centenas de fatias finas de núcleos, cada uma de células individuais, e extraem DNA delas. Eles sequenciam o DNA e analisam estatisticamente os dados para saber quais regiões interagem.
Usando essa técnica, a equipe criou um mapa das interações tridimensionais. Quando eles compararam isso com mapas 3D existentes do genoma criados usando Hi-C, eles encontraram muitas interações novas. Isso os intrigou até que eles perceberam que estavam vendo interações mais complexas usando o GAM, com várias regiões do DNA se unindo ao mesmo tempo. “Esses contatos mais complexos contêm genes ativos, regiões reguladoras e super intensificadores, que regulam genes importantes que determinam a identidade celular”, disse o Dr. Christoph Thieme, co-autor do estudo e pós-doutorado sênior no laboratório Pombo.
Em comparação, o Hi-C capturou principalmente interações bidirecionais. Ambas as técnicas são complementares, pois dois em cada três contatos detectados pelo GAM não eram visíveis usando Hi-C – e vice-versa.
“Fiquei super empolgado ao ver que descobrimos um efeito realmente forte”, diz Beagrie. “Está claro que essas interações complexas eram muito mais comuns do que pensávamos anteriormente.”