Hotspots de mutação no genoma humano surgem nos locais de início da transcrição

Cientistas conseguiram localizar com grande precisão zonas específicas do genoma humano onde o ADN tem maior probabilidade de sofrer uma mutação.

Estes pontos surgem quando a RNA polimerase “abre” o ADN para ler e copiar as instruções - os chamados locais de início da transcrição. Nesses locais, o genoma fica particularmente exposto a danos e, por vezes, a reparações imperfeitas que podem fixar alterações permanentes. A estes pontos, os investigadores chamam hotspots de mutação, e podem ser determinantes para compreender doenças genéticas.

“Estas sequências são extremamente propensas a mutações e estão entre as regiões funcionalmente mais importantes de todo o genoma humano, juntamente com as sequências codificantes de proteínas”, afirma o geneticista Donate Weghorn, do Centro de Regulação Genómica, em Espanha.

Uma mutação genética tende a aparecer quando o ADN danificado não consegue reparar-se de forma correcta, originando uma pequena, mas irreversível, mudança no genoma.

A maioria das mutações é benigna e não afecta a saúde nem o desenvolvimento. Em casos raros, as mutações podem até ser vantajosas. As mutações benéficas impulsionam a evolução e a capacidade da vida se adaptar a circunstâncias em mudança.

Já as mutações prejudiciais podem causar problemas reais - e, por vezes, podem ser transmitidas aos descendentes.

Estima-se que 300 milhões de pessoas em todo o mundo sejam afectadas por doenças genéticas raras. Perceber a vulnerabilidade do genoma humano à mutação é essencial para criar modelos rigorosos para estudar estas doenças.

Porque os locais de início da transcrição são hotspots de mutação

Os danos no genoma aumentam de forma marcante durante um processo chamado transcrição, no qual o ADN é copiado para moléculas mensageiras chamadas RNA.

Imagine o genoma como um livro de receitas e um gene como uma receita nesse livro. A RNA polimerase abre o livro para copiar uma receita para uma nota autocolante - o RNA - e, depois, o livro volta a fechar. Só este abre-e-fecha pode provocar danos, acontecendo até centenas de milhares de vezes por célula, por dia.

Weghorn e os seus colegas quiseram perceber se este desgaste adicional nos pontos onde a transcrição começa leva a uma taxa mais elevada de reparação imperfeita - precisamente o tipo de reparação que se transforma em mutações genéticas permanentes.

Como foram analisadas ERVs, mutações de novo e mutações em mosaico

Para testar a hipótese, a equipa recorreu a enormes conjuntos de dados do genoma humano, seguindo mutações extremamente raras (ERVs) em quase 15,000 genes, em mais de 220,000 indivíduos. Estas são mutações hereditárias que persistiram ao longo de várias gerações.

Os investigadores analisaram também dados de 10 estudos de “trios”. Nestes trabalhos, sequenciam-se os genomas do pai, da mãe e do filho em comum para identificar mutações que a criança não herdou - as chamadas mutações de novo (DNMs). Ou seja, a mutação surgiu ao acaso no espermatozóide, no óvulo ou após a fusão de ambos.

Nas pessoas com ERVs, a equipa observou um hotspot de mutação muito forte e consistente em torno dos locais de início da transcrição. Retomando a analogia do livro de receitas, seria como se o cozinheiro rasgasse a página ao abri-la, ou deixasse cair molho sobre o papel, e a reparação desse dano acabasse por encobrir ou alterar parte da lista de ingredientes.

No entanto, nos estudos de DNMs, esse hotspot desaparecia de forma inexplicável. Se fosse um fenómeno real, deveria aparecer tanto em novas mutações como nas herdadas.

A explicação surgiu a partir de 11 estudos previamente publicados sobre mutações em mosaico, que aparecem nas primeiras fases de divisão celular após a fertilização do embrião. Isto acontece em todos os seres humanos; todos transportamos pelo menos uma célula com uma mutação em mosaico.

Quando a equipa analisou os dados de mosaico, o hotspot “em falta” voltou a surgir - exactamente no mesmo local detectado na análise das ERVs.

As mutações embrionárias precoces estavam a agrupar-se nos locais de início da transcrição, mas, como as mutações em mosaico são irregulares, podem parecer ruído de sequenciação, e muitas pipelines de estudos de DNMs excluem-nas automaticamente.

“Há um ponto cego nestes estudos”, diz Weghorn.

“Para contornar isto, pode-se analisar os padrões de co-ocorrência de mutações para ajudar a detectar a presença de mutações em mosaico. Ou voltar aos dados e reavaliar mutações descartadas que ocorram perto do início da transcrição de genes mais fortemente afectados pelo hotspot.”

O mecanismo por trás da vulnerabilidade do ADN e o impacto nos estudos

Ao cruzar os três conjuntos de dados, os investigadores conseguiram destrinçar os mecanismos que explicam a vulnerabilidade nos locais de início da transcrição.

O início de um gene é um local movimentado, frágil e complexo, onde a RNA polimerase pára frequentemente para desenrolar por instantes o ADN. Esta maquinaria pode falhar ou deixar o ADN exposto um pouco mais do que devia, provocando danos que deixam “cicatriz” em vez de serem reparados de forma limpa.

Trata-se de uma peça em falta no puzzle sobre a origem das mutações no ADN - e de uma descoberta que pode melhorar estudos de condições genéticas que dependem de dados de mutações de novo.

A investigação foi publicada na Nature Communications.