Novas evidências avançam na compreensão das causas da síndrome de Rett

A síndrome de Rett é um distúrbio raro do desenvolvimento neurológico para o qual atualmente não há cura ou boa terapia. Causa sintomas físicos e cognitivos graves, muitos dos quais se sobrepõem aos transtornos do espectro do autismo.

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Síndrome de Rett é causada por mutações no gene MECP2, que é altamente expresso no cérebro e parece desempenhar um papel importante na manutenção da saúde dos neurônios. O gene está localizado no cromossomo X e a síndrome afeta principalmente meninas. Para desenvolver tratamentos para a síndrome de Rett, os pesquisadores querem compreender melhor o MECP2 e suas funções no cérebro.

Pesquisadores, incluindo Rudolf Jaenisch, cofundador do Whitehead Institute, estudam o MECP2 há décadas, mas muitos fatos básicos sobre o gene permanecem desconhecidos. A proteína MECP2, que é codificada pelo gene, está envolvida na regulação genética; ele se liga ao DNA e afeta os níveis de expressão de vários outros genes, ou seja, a quantidade de proteína que eles produzem.

No entanto, os pesquisadores não tinham uma lista completa dos genes afetados pelo MECP2 e não havia consenso sobre como o MECP2 afeta esses genes.

Os primeiros estudos do MECP2 sugeriram que ele era um repressor, reduzindo a expressão de seus genes-alvo, mas pesquisas de Jaenisch e outros já haviam mostrado que o MECP2 também atua como um ativador, aumentando a expressão de seus alvos — e que pode ser um ativador em primeiro lugar. Também desconhecido era o mecanismo de ação da MECP2, ou o que exatamente a proteína faz que leva a alterações na expressão genética.

As limitações da tecnologia impediram que os pesquisadores obtivessem clareza sobre essas questões. Mas Yanish, um pós-doutorado em seu laboratório, Yi Liu, e um ex-membro do laboratório de Yanish, Anthony Flamier, agora professor assistente no centro de pesquisa CHU Sainte-Justine da Universidade de Montreal, usaram métodos de ponta para responder a essas perguntas. Dúvidas restantes sobre o MECP2 e obter novos insights sobre seu papel na saúde e nas doenças do cérebro.

Seus resultados foram publicados na revista Neuron, e os pesquisadores também criaram um repositório on-line de seus dados MECP2, o Portal MECP2-NeuroAtlas, como recurso para outros pesquisadores.

"Acho que este artigo mudará fundamentalmente a maneira como as pessoas pensam sobre como o MECP2 causa a síndrome de Rett. Temos uma compreensão completamente nova do mecanismo, e isso pode fornecer novos caminhos para o desenvolvimento de tratamentos para esta doença", diz Jaenisch, que também é professor de biologia no Instituto de Tecnologia de Massachusetts.

Compreensão avançada do MECP2 no cérebro

Os investigadores criaram primeiro um mapa detalhado de onde o MECP2 se liga na sequência genética dos neurónios humanos, quer dentro dos genes, quer em regiões reguladoras do ADN próximas deles. Eles usaram uma abordagem chamada CUT&Tag, que pode detectar interações proteína-DNA com alta precisão.

Os pesquisadores descobriram mais de quatro mil genes associados ao MECP2. Eles repetiram seu mapeamento em neurônios com mutações comuns de MECP2 associadas à síndrome de Rett para determinar onde o MECP2 está esgotado no estado da doença.

Saber a quais genes o MECP2 se liga permitiu que Liu e Flamier começassem a fazer conexões entre os alvos do MECP2 e a saúde do cérebro. Eles descobriram que muitos de seus alvos estão envolvidos no desenvolvimento e função de axônios e sinapses neuronais.

Eles também compararam sua lista de alvos MECP2 com o banco de dados de genes relacionados ao autismo da Simons Foundation Autism Research Initiative (SFARI) e descobriram que 381 genes nesse banco de dados eram alvos MECP2.

Fonte: Neurônio (2024). DOI: 10.1016/j.neuron.2024.04.007

Essas descobertas podem ajudar a esclarecer os mecanismos subjacentes aos sintomas do autismo na síndrome de Rett e fornecer um bom ponto de partida para investigar o possível papel do MECP2 no autismo.

"Criamos o primeiro mapa integrado do epigenoma do MECP2 na saúde e na doença, e este mapa pode orientar pesquisas futuras", diz Liu. "Saber quais genes são alvo do MECP2 e quais genes são diretamente afetados pela doença fornece uma base sólida para a compreensão da síndrome de Rett e para fazer perguntas sobre a regulação genética nos neurônios."

Os investigadores também examinaram se o MECP2 aumenta ou diminui a expressão dos seus genes-alvo. Consistente com a história do MECP2 sendo identificado por alguns como um ativador e por outros como um repressor, Liu e Flamier encontraram exemplos em que o MECP2 desempenha ambos os papéis.

No entanto, embora o MECP2 seja mais frequentemente considerado um repressor, Liu e Flamier descobriram que ele é principalmente um ativador —confirmando as descobertas anteriores de Jaenisch e Liu. Um novo experimento mostrou que o MECP2 ativa pelo menos 80% de seus alvos, e outro que ativa até 88% de seus alvos.

O mapa do gene alvo criado pelos pesquisadores forneceu informações adicionais sobre o papel do MECP2 como ativador. Eles descobriram que, para os genes que o MECP2 ativa, ele normalmente se liga a uma região do DNA a montante do gene, chamada local de início da transcrição.

É aqui que a maquinaria celular inicia o processo de leitura de um gene em RNA, após o qual o RNA é traduzido em uma proteína funcional, que é o produto da expressão gênica. A presença de MECP2 no local de início da transcrição onde a expressão gênica começa é consistente com seu papel como ativador gênico.

Os pesquisadores então decidiram determinar qual o papel que o MECP2 desempenha na ativação de genes. Eles estudaram a quais moléculas o MECP2 se liga neste local, além do DNA, e descobriram que o MECP2 interage diretamente com um complexo proteico chamado RNA polimerase II (RNA Pol II). RNA Pol II é uma máquina celular chave que transcreve DNA em RNA. O RNA Pol II não consegue encontrar genes por si só, por isso requer muitos cofatores, ou proteínas cooperantes, para ajudá-lo a fazer seu trabalho.

Os investigadores levantam a hipótese de que o MECP2 serve como um desses cofatores, ajudando o RNA Pol II a iniciar a transcrição nos genes onde o MECP2 se liga. A análise estrutural do MECP2 identificou partes da molécula que se ligam ao RNA Pol II, e outros experimentos confirmaram que a perda de MECP2 reduz a presença de RNA Pol II em locais relevantes de início da transcrição, bem como os níveis de expressão dos genes alvo.

Isso sugere que a síndrome de Rett pode ser causada pela diminuição da transcrição de genes alvo do MECP2 devido a mutações no MECP2 que impedem sua ligação ao RNA Pol II ou ao DNA. Consistente com esta ideia, as mutações MECP2 mais comuns associadas à doença são truncamentos: mutações nas quais falta parte da proteína, o que pode alterar a interação entre MECP2 e RNA Pol II.

Os pesquisadores esperam que suas descobertas não apenas mudem nossa compreensão do MECP2, mas que uma compreensão mais profunda e ampla de como o MECP2 afeta o desenvolvimento e a função do cérebro possa levar a novos insights que ajudarão as pessoas com síndrome de Rett e distúrbios relacionados, incluindo autismo.

“Este projeto é um excelente exemplo da natureza colaborativa do trabalho do laboratório Jaenisch”, afirma Flamier. "Rudolph e Yi tiveram um problema específico com a Síndrome de Rett, e eu tive experiência com a tecnologia CUT&Tag que poderia resolver esse problema. Através da discussão, percebemos que poderíamos combinar nossos esforços e agora temos um grande repositório de informações sobre MECP2 e suas ligações com a doença."