- Os quadruplexos de DNA, uma descoberta recente e pesquisas que se aceleram. Por que um interesse tão grande nessas estruturas formadas por quatro fitas de DNA que foram identificadas em mais de 700.000 sequências do nosso genoma?
Os pesquisadores suspeitavam da existência dessas estruturas desde o final dos anos 80, mas foi a partir de sua identificação em 2012 em células humanas (1) que começamos a entender melhor onde, quando e como elas se formam em nosso genoma e quais poderiam ser suas funções. Descobrimos que os quadruplexos são capazes de impactar o genoma de várias maneiras: eles atuam como interruptores genéticos controlando a expressão de certos genes; eles também são capazes de obstruir o trabalho das enzimas que regulam a replicação e transcrição do DNA, perturbando assim a estabilidade genômica. Propriedades que interessam particularmente aos biólogos do câncer, que usam esses quadruplexos de DNA como alvos para retardar a divisão incontrolada de células cancerígenas danificando seu genoma.
Paralelamente a esses trabalhos, minha equipe de pesquisa se interessou desde 2019 pelos quadruplexos, não nas células tumorais, mas nas neurais (2). Observamos, de forma totalmente inesperada, que o número de quadruplexos de DNA nessas células aumenta com a idade, causando uma série de disfunções. Seria essa uma base molecular para o envelhecimento? Isso merecia ser aprofundado, mas convencer os neurobiólogos do possível papel desempenhado pelos quadruplexos de DNA nas células neuronais e em seu envelhecimento não foi fácil. Em colaboração com o grupo de A. Tsvetkov em Houston (EUA), mostramos que os quadruplexos realmente desempenham um papel nesse envelhecimento e vamos ainda mais longe ao propor que as moléculas que estabilizam os quadruplexos de DNA para retardar a proliferação de células cancerígenas também danificam o genoma das células do sistema nervoso central e aceleram seu envelhecimento.
- Até agora, os cientistas procuraram estabilizar os quadruplexos de DNA para retardar a proliferação tumoral. Como proceder para desestabilizá-los de maneira a contrariar o envelhecimento das células neuronais?
A situação é de fato complexa em mais de um aspecto. Primeiro, porque os trabalhos realizados ao longo dos últimos 20 anos se concentraram todos na estabilização dos quadruplexos por pequenas moléculas (ou ligantes). Quando iniciamos esses trabalhos, não existiam nem protótipo de agente desestabilizador validado, nem teste que permitisse identificar um. Tudo ainda estava por fazer. Uma dificuldade estratégica adicional também se originava do fato de que íamos tentar interagir com os quadruplexos para eliminá-los, o que implicava seguir e interpretar o desaparecimento do sinal que os caracteriza em nossas medições. Este desaparecimento poderia ser multifatorial e, portanto, sujeito a interpretações erradas, exigindo que nossa abordagem fosse rigorosa e cautelosa.
Em 2021 (3), validamos uma série de testes in vitro para identificar pequenas moléculas capazes de desestabilizar os quadruplexos. Este trabalho levou à identificação de um protótipo bastante promissor, uma molécula denominada PhpC, que foi recentemente testada em células humanas. (4) Por meio de técnicas específicas de imagem óptica e precipitação por afinidade, pudemos mostrar que o PhpC é de fato capaz de diminuir o número de quadruplexos. Embora os efeitos observados sejam fracos, eles são significativos. Estamos agora trabalhando para melhorar a eficácia desta família de moléculas. Infelizmente, estamos encontrando dificuldades para financiar nossas pesquisas que visam decifrar e compreender o mecanismo de ação desta nova classe de compostos. Talvez porque essa abordagem implique uma mudança de paradigma...
- Quais poderiam ser os impactos de seu trabalho na área da neurobiologia, a curto ou longo, até mesmo muito longo prazo?
As aplicações e implicações desses trabalhos são potencialmente enormes. No imediato, essas ferramentas moleculares (o PhpC e seus derivados) podem encontrar aplicações na pesquisa fundamental relacionada a todas as doenças genéticas que envolvem um quadruplex (cânceres, neuropatologias, etc.). A médio prazo, vamos caracterizar as propriedades dessas moléculas in vivo investigando sua estabilidade (metabolização), biodisponibilidade, capacidade de modular os quadruplexos em modelos animais, etc... A longo ou mesmo muito longo prazo, esperamos demonstrar as propriedades genoprotetoras desses compostos, sua capacidade de desacelerar a curva de envelhecimento neuronal e de retardar o aparecimento de doenças relacionadas à idade.
Nossa motivação? A ausência de tratamento eficaz para essas patologias. Os agentes atualmente usados na clínica agem no nível dos sintomas dessas afecções, mas não tratam suas causas, porque são difíceis de evidenciar. Com a identificação do papel dos quadruplexos nessas desordens neuronais, podemos ter encontrado um caminho terapêutico promissor que agora precisa ter sua validade verificada. Sabemos que temos um longo e sinuoso caminho pela frente, mas o impacto social é tão grande que não podemos deixar de tentar.
© David Monchaud
(*) Os quadruplexos de DNA são estruturas incomuns de ácidos nucleicos que se formam transitoriamente em nosso genoma e participam de eventos-chave da vida celular. Formadas por 4 fitas de DNA, estas estruturas são utilizadas como alvos para tentar controlar a expressão dos genes aos quais pertencem.
Redator: CCdM
Referências:
(1) CNRS News (see: https://bit.ly/2UHpZjP)
(2) Small-molecule G-quadruplex stabilizers reveal a novel pathway of autophagy regulation in neurons, J. F. Moruno-Manchon et al., eLife 2020, 9, e52283 (https://doi.org/10.7554/eLife.52283).
- CNRS (https://bit.ly/39qtgrQ) and Recherche uB (https://bit.ly/2vABBKI)
- Sciences & Avenir (https://bit.ly/2SH2WD2)
- Pour La Science (https://bit.ly/2XpbiBG)
- Radio Television Suisse (https://bit.ly/3byiHoF)
(3) Identifying G-quadruplex-DNA-disrupting small molecules, J. Mitteaux et al., J. Am. Chem. Soc. 2021, 143, 12567 (https://doi.org/10.1021/jacs.1c04426)
- CNRS (https://tinyurl.com/3s2pxdny)
(4) PhpC modulates G-quadruplex-RNA landscapes in human cells, J. Mitteaux et al., Chem. Commun. 2024,60, 424-427.