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O QUE O APRENDIZADO CAUSA EM NOSSO DNA? Transtorno Autista e Epigenética

Iolanda Silva Rafael2, Patrícia de Carvalho Ribeiro1

1 Laboratório de Imunologia e Transplante Experimental, Faculdade de Medicina de São José do Rio Preto.

2 Laboratório de Microbiologia, Instituto de Ciências Biológicas e Naturais, Universidade Federal do Triângulo Mineiro

Edição Vol. 5, N. 10, 10 de Abril de 2018

DOI: http://dx.doi.org/10.15729/nanocellnews.2018.04.10.004

 O clássico desenho de Tom e Jerry, que fez parte da infância de muita gente, é um desenho em que a trama retrata a tentativa frustrante de Tom (o gatinho) em capturar Jerry (o ratinho).  Durante a longa metragem é possível observar que, quanto mais desafiador tornava-se para o gatinho a tentativa de capturar Jerry, cada vez menos o ratinho Jerry se deixava intimidar pelas ameaças de Tom. Mesmo em situações de medo e de grandes riscos de ser capturado, Jerry sempre tinha ideias brilhantes de fugir das garras de Tom. Esse estímulo (após o medo) na tentativa de fuga do ratinho, fazia com que Jerry aprendesse ainda mais a escapar do gatinho Tom em sua rotina diária.

E por falar em aprendizado, um estudo realizado pela cientista Luciana Peixoto da Universidade Estadual de Washington e em parceria com pesquisadores de outras universidades, teve como objetivo investigar de que forma os mecanismos epigenéticos dentro das células cerebrais estão ligados ao aprendizado e à memória. 

O estudo da epigenética está relacionado a mudanças nas expressões gênicas, (genes nada mais são que informações herdadas contidas em nosso DNA), causadas por alterações na estrutura da cromatina, porém sem modificações na sequência do DNA, mas que podem ser transmitidas ao longo de gerações. 

Durante o estudo, para que os pesquisadores pudessem identificar as regiões da cromatina que sofreram alterações, eles utilizaram uma nova tecnologia da bioinformática denominada Descan, desenvolvida por eles mesmos, que diferencia a cromatina alterada das demais (Figura 1). 

aprendizado-1   

Figura 1: Imagem de cromatina alterada que foi diferenciada das demais a partir da tecnologia de bioinformática Descan. Fonte https://www.the-cientist.com/?articles.view/articleNo/51373/title/Learning-Opens-the-Genome/ 

 

 Estas regiões alteradas, teriam relevância no estudo em relação as possíveis causas das variantes genéticas, como no caso de pessoas que apresentam o Transtorno do Espectro do Autismo (TEA). O TEA é um transtorno no desenvolvimento neurológico, que apresenta alguns fatores de risco genéticos. Estudam apontam que cerca de 50% das pessoas com autismo apresentam dificuldades durante o aprendizado.

Para este estudo, os pesquisadores mapearam a cromatina de células cerebrais de alguns camundongos, com o objetivo de observar se nas regiões reguladoras neuronais quando expostas a algum estímulo, ocorreriam modificações nestas cromatinas. 

O primeiro passo foi separar os camundongos em dois grupos: um grupo que recebeu o estímulo proposto no projeto e o grupo controle. Desta forma, seria possível analisar, a partir da análise do hipocampo dos animais, como o aprendizado adquirido após o recebimento do estímulo poderia alterar a acessibilidade da cromatina. 

No grupo de animais que foi exposto a um condicionamento de medo, houve estímulo na atividade no hipocampo, que é uma região do cérebro essencial para a formação de aprendizado e de memória de longo prazo. Esta aprendizagem e memória de longo prazo, requerem transcrição, síntese proteica e processos epigenéticos, que regulam a expressão gênica.  Para descobrir quais regiões reguladoras eram relacionadas ao condicionamento do medo, foi utilizado o método Sono-seq, um método útil para mapear alterações locais na estrutura da cromatina e, para identificar a expressão gênica induzida pelo aprendizado, foi utilizado o método de sequenciamento de RNA (RNA-seq). 

Os resultados obtidos, demonstraram uma relação complexa com a expressão gênica e processamento ou splicing alternativo durante a consolidação, recuperação de memória e aprendizado. 

Após o término do teste realizado nestes camundongos, seu tecido hipocampal foi estudado, para que se pudesse analisar os dados de expressão gênica em todo o genoma, incluindo a expressão medida 30 minutos após o condicionamento do medo e 30 minutos após recuperação de 24 horas (Figura 2).

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Figura 2: (A) Imagem ilustrativa do experimento com camundongos condicionados ao medo versus camundongos do grupo controle. (B) O efeito causado na acessibilidade à cromatina após o condicionamento do medo nos camundongos em estudo e nos que não foram condicionados (Grupo controle)  Fonte: http://stke.sciencemag.org/content/11/513/eaan6500 

                                 

O MEDO ATIVANDO GENES

       Para a surpresa da pesquisadora Luciana Peixoto, os camundongos estimulados tiveram um aumento na acessibilidade da cromatina, ou seja, das 2.365 regiões mapeadas no hipocampo destes camundongos, apenas 25 regiões continuaram compactadas e, as outras 2.340 regiões tornaram-se regiões de cromatinas acessíveis.

       Isto sugere que, as mudanças ocorridas na cromatina após um estímulo neuronal de aprendizado, poderiam gerar uma nova expressão gênica, alterando a quantidade de RNA que seria anteriormente transcrita. 

 Os pesquisadores puderam ainda observar que as regiões promotoras reguladoras relacionadas ao aprendizado, que sofreram alteração de cromatina, também estão associadas a genes de risco conhecidos para o desenvolvimento de TEA. Desta forma, acreditam que existe associação entre os mecanismos de aprendizado e o TEA.

Este trabalho representa um grande passo em direção ao entendimento de como mecanismos epigenéticos podem alterar nosso genoma, até mesmo durante o aprendizado. Contudo, ainda é um grande desafio apontar como estas alterações nas regiões reguladoras podem causar alguma influência em doenças específicas, como no TEA. Dessa forma, este se torna um campo de promissores estudos futuros.

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Referências

Koberstein JN, Poplawski SG, Wimmer ME, Porcari G, Kao C, Gomes B, et al. Learning-dependent chromatin remodeling highlights noncoding regulatory regions linked to autism. Sci. Signal. 2018: 11: eaan6500.

The Scientist [homepage na internet]. Learning Opens the Genome [acesso em 17 de janeiro de 2018].Disponível em: https://www.the-scientist.com/?articles.view/articleNo/51373/title/Learning-Opens-the-Genome.

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