Pesquisadores descobriram como proteínas específicas dentro dos cromossomos de lombrigas permitem que seus descendentes produzam células especializadas gerações mais tarde, uma descoberta surpreendente que derruba o pensamento clássico de que a informação hereditária para a diferenciação celular está principalmente enraizada no DNA e em outros fatores genéticos.
A equipe da Universidade Johns Hopkins relata pela primeira vez os mecanismos pelos quais uma proteína conhecida como histona H3 controla quando e como os embriões de vermes produzem células altamente específicas e células pluripotentes, células que podem ligar e desligar certos genes para produzir vários tipos de corpos. tecido. Os detalhes são publicados hoje em Avanços da Ciência.
A nova pesquisa pode lançar luz sobre como as mutações associadas a essas proteínas influenciam várias doenças. Em crianças e adultos jovens, por exemplo, a histona H3 está intimamente associada a vários tipos de câncer.
“Essas mutações são altamente prevalentes em diferentes tipos de câncer, portanto, entender seu papel normal na regulação do destino celular e potencialmente na diferenciação de tecidos pode nos ajudar a entender por que algumas delas são mais prevalentes em certas doenças”, disse o principal autor Ryan J. Gleason, um pós-doutorando companheiro em biologia na Johns Hopkins. “As histonas que estamos analisando são algumas das proteínas mais mutantes no câncer e em outras doenças”.
As histonas são os blocos de construção da cromatina, o suporte estrutural dos cromossomos dentro do núcleo de uma célula. Enquanto a histona H3 é particularmente abundante em organismos multicelulares, como plantas e animais, os organismos unicelulares estão repletos de uma variante quase idêntica de H3. É por isso que os cientistas acreditam que a diferença nas rações de H3 e sua variante contêm pistas cruciais para o mistério de por que as células pluripotentes são tão versáteis durante o desenvolvimento inicial.
Os pesquisadores revelaram que, como C. elegans os embriões da lombriga cresceram, aumentando os níveis de H3 em seus sistemas, restringindo o potencial ou “plasticidade” de suas células pluripotentes. Quando a equipe mudou o genoma do verme para diminuir a quantidade de H3, eles conseguiram prolongar a janela de tempo para a pluripotência que normalmente é perdida em embriões mais velhos.
“À medida que as células se diferenciam, você começa a obter uma histona H3 cem vezes maior sendo expressa naquele período de tempo, o que coincide com a regulação específica da linhagem”, disse Gleason. “Quando você diminui a quantidade de H3 durante a embriogênese, fomos capazes de mudar o caminho normal de desenvolvimento para adotar caminhos alternativos de destino celular.”
Nas células pluripotentes, as histonas ajudam a ligar e desligar certos genes para se comprometer com tipos de células específicos, sejam eles neurônios, músculos ou outros tecidos. Altamente regulados por histonas, os genes agem como uma voz que diz às células como se desenvolver. Quão baixo ou alto um gene é determina o destino de uma célula.
As novas descobertas vêm da técnica de edição genética CRISPR, que ajudou a equipe a rastrear o papel que as duas histonas desempenharam durante o desenvolvimento da prole do verme. O CRISPR tornou muito mais fácil para os cientistas na última década estudar as porcas e parafusos da mudança de material genético e identificar o que isso faz com características de animais, plantas e micróbios, disse Gleason.
Mesmo que a C. elegans A lombriga fornece informações mais precisas sobre como essas células pluripotentes evoluem, mais pesquisas são necessárias para zerar como as histonas também podem sustentar a embriogênese em humanos e animais compostos por centenas de tipos de células, disse Xin Chen, professor de biologia da Johns Hopkins e co-investigador .
“Embora estejamos usando esse pequeno verme para fazer essas descobertas, essa descoberta não deve ser específica para um animal”, disse Chen. “É difícil imaginar que as descobertas serão aplicáveis apenas a uma histona ou a um animal, mas, é claro, mais pesquisas precisam ser feitas”.
A equipe inclui Yanrui Guo da Johns Hopkins, Christopher S. Semancik da Tufts University, Cindy Ow da University of California, San Francisco, e Gitanjali Lakshminarayanan do Dana-Farber Cancer Institute.
A pesquisa é financiada por bolsas NIGMS/NIH F32GM119347, NICHD/NIH K99HD09605, NIGMS/NIH R35GM127075 e uma bolsa de estudos e programa de investigador do Howard Hughes Medical Institute.