Pesquisadores caracterizam desregulação genômica no timo de crianças com Down

Alterações na rede de conexões entre os genes provocam imunodeficiência congênita em portadores da síndrome

Diego Freire  |  Agência FAPESP – Crianças com síndrome de Down, alteração genética provocada pela presença de um cromossomo a mais, têm maior frequência de infecções e doenças autoimunes ao longo da vida devido a uma imunodeficiência primária – condição congênita caracterizada pelo funcionamento deficiente das células do sistema imunológico. Para compreender melhor os processos que levam a isso, pesquisadores da Faculdade de Medicina da Universidade de São Paulo (FMUSP) caracterizaram toda a desregulação genômica causada pelo cromossomo extra que faz com que as células de defesa dos portadores de Down ataquem o próprio organismo e sejam menos eficazes contra microrganismos invasores.

Para isso, focaram no funcionamento de um órgão essencial para o sistema imunológico, mas ainda pouco explorado pela ciência: o timo. A pesquisa foi realizada como parte do Projeto Temático "O timo humano: desenvolvimento e doenças", desenvolvido com apoio da FAPESP.

“Uma célula humana normal tem 46 cromossomos, sendo 23 do pai e outros 23 da mãe, responsáveis por carregar nosso DNA e todas as informações de que as células necessitam para seu desenvolvimento e sua reprodução. As células de indivíduos com síndrome de Down têm 47, e esse cromossomo a mais altera o funcionamento de diversos grupos de genes que estão dispersos por todos os cromossomos. Isso causa uma desregulação do funcionamento do genoma, que precisa se adaptar à presença do cromossomo extra – do contrário, as células morrem. Esse ‘rearranjo’ funcional do genoma ocorre de maneira diferente em cada tecido do indivíduo com síndrome de Down. É como se fosse um plano B do organismo: salva-o do caos, mas afeta o desenvolvimento e a funcionalidade de diversos órgãos, incluindo o timo”, explica Carlos Alberto Moreira-Filho, da FMUSP.

Localizada no meio do peito, a glândula cujo nome, em grego (thýmos), significa “energia vital” é um dos pilares do sistema imunológico. Sua função principal é a maturação dos linfócitos T, que atuam tanto no reconhecimento e na destruição de células danificadas, cancerígenas ou invadidas por vírus ou bactérias como na modulação do tipo e da intensidade das respostas imunes.

O sistema imune de crianças com síndrome de Down tem um funcionamento pior e essa imunodeficiência está intimamente relacionada à desregulação genômica do timo, demonstrada pela pesquisa. As células T saem da medula óssea, onde são produzidas, e as que não possuem uma afinidade com tecidos do organismo ou, ao contrário, que podem agredi-lo são eliminadas. Ficam apenas as que têm uma boa capacidade de reconhecimento dos tecidos e que são capazes de identificar alterações nesse contexto. Os indivíduos com Down enfrentam problemas nesse funcionamento.

O grupo de Moreira-Filho pesquisa as redes de interação gênica relacionadas a alterações de funcionamento que ocorrem no cérebro de pessoas com epilepsia. Agora, empregaram seu expertise para entender o que desregula o timo na síndrome de Down, estudando comparativamente as redes gênicas nessa glândula em indivíduos com e sem um cromossomo 21 extra.

“Entre os genes, como em redes de relacionamento, há aqueles que desempenham funções muito importantes e outros, periféricas. Em cada tipo de célula humana, cerca de 20% dos genes têm ligações muito importantes com os demais; ou seja, quando se alteram de alguma forma, os outros ‘dançam’ junto com eles. Genes que não têm essa influência são 80%. Mas os tipos de conexões e quais os genes responsáveis por isso variam de tecido a tecido. O que fizemos foi compor uma fotografia completa de como a rede de expressão gênica se rearranja no timo de crianças com Down.”

Na presença da síndrome, o timo declina drasticamente ao longo dos dois primeiros anos de vida, perdendo tecido funcional e se tornando infiltrado por tecido gorduroso; o timo de uma criança de 18 meses de idade com Down corresponde ao timo atrófico de um adulto.

Os pesquisadores caracterizaram não só como esse processo ocorre em nível celular como também definiram a maneira como ele se relaciona com alterações nas redes gênicas. Para isso, estudaram a expressão de microRNA no timo, molécula cuja principal função é a regulação da expressão gênica – processo pelo qual a informação contida em um gene é processada e origina um produto gênico, como uma proteína. Dessa forma, o microRNA controla a robustez da expressão gênica, mantendo-a em níveis adequados.

De posse dos padrões de expressão dos genes e dos de microRNAs, os pesquisadores construíram as redes de coexpressão gênica e observaram que moléculas se ligavam a quais genes.

“Verificou-se, então, que a maioria dos gene-alvo de microRNAs, principalmente daqueles abundantemente expressos, era diferente no timo de pacientes com Down e nos do grupo controle, embora em ambos os casos esses genes sejam sempre de alta hierarquia, isto é, com muitas conexões com outros genes. Os resultados revelaram a ocorrência de um mecanismo epigenético – quando modificações no funcionamento do genoma não são derivadas de alterações na sequência do DNA nos genes – envolvido na transição da rede normal de interação gênica no timo para a rede do ‘plano B’. Esse mecanismo epigenético contribui para o rearranjo do funcionamento gênico que a presença de um cromossomo 21 extra acarreta”, explica Moreira-Filho.

e-Science

De acordo com o pesquisador, os estudos sobre a coexpressão gênica no timo de crianças com síndrome de Down só foram possíveis graças à colaboração do Instituto Dante Pazzanese de Cardiologia, em São Paulo (SP).

“Raríssimos grupos de pesquisadores ao redor do mundo têm acesso a tecido do timo de crianças muito jovens com e sem a síndrome. Como o timo fica em cima do pericárdio, o tecido que encobre o coração, e em crianças muito pequenas ele é relativamente grande, precisa ser cortado para a realização de cirurgias cardíacas em caso de defeitos nos vasos. Trata-se de um material precioso cuja doação nos possibilitou montar uma grande coleção de amostras de tecido tímico de crianças que têm e que não têm alteração cromossômica”, conta.

Outra colaboração importante veio do Instituto de Física da USP de São Carlos, que desenvolveu o pipeline computacional que permitiu identificar comunidades de genes nas células das amostras estudadas. A inovação foi desenvolvida no âmbito de outro Projeto Temático apoiado pela FAPESP "Modelos e métodos de e-Science para ciências da vida e agrárias".

“Os genes são como a classe do colégio: todos pertencem à rede de relacionamentos formada ali, mas alguns se comunicam mais entre si do que com os demais. No caso da genômica, essas comunidades de genes refletem vias moleculares e funcionais. Os grafos gerados pela técnica matemática e computacional desenvolvida mostram como funcionam essas interações e suas consequências, identificando que a comunidade ‘X’ tem maior interação com a ‘Y’ ou com a ‘F’ e quais são os genes que ‘moram’ em cada uma delas”, explica Moreira-Filho.

Dessa forma, a partir de um dado bruto da expressão gênica obtido nos testes in vitro, foi possível, de acordo com o pesquisador, “chegar à sofisticação de saber não só quem dança com quem, mas como todo mundo dança”. E também saber que a mudança da música, no plano B adotado pelos genes na presença do cromossomo 21 extra, é controlada, em boa medida, pelos microRNAs.

Ainda segundo Moreira-Filho, é a primeira vez que uma pesquisa chega a esse grau de complexidade na compreensão sobre a desregulação genômica no timo. Os pesquisadores, que também caracterizaram a coexpressão gênica do timo em funcionamento normal, agora buscam analisá-la em diferentes faixas etárias, esclarecendo como ela muda até a glândula concluir o seu declínio. Esses dados poderão contribuir para o esclarecimento do mecanismo molecular de doenças autoimunes e imunodeficiências.

Os resultados da pesquisa são apresentados no artigo Modular transcriptional repertoire and MicroRNA target analyses characterize genomic dysregulation in the thymus of Down syndrome infants, publicado na revista científica Oncotarget e assinado por Carlos Alberto Moreira-Filho, Silvia Yumi Bando, Fernanda Bernardi Bertonha, Filipi Nascimento Silva, Luciano da Fontoura Costa, Leandro Rodrigues Ferreira, Glaucio Furlanetto, Paulo Chacur, Maria Claudia Nogueira Zerbini e Magda Carneiro-Sampaio. O artigo está disponível em impactjournals.com/oncotarget.