Pesquisadores da Escola de Medicina Icahn no Monte Sinai lançaram luz valiosa sobre as funções diferenciadas e os métodos regulatórios complexos da edição de RNA, um mecanismo crítico subjacente ao desenvolvimento e às doenças do cérebro.

Em um estudo publicado em 26 de junho na Nature Communications , a equipe relatou ter encontrado grandes diferenças entre os tecidos cerebrais post-mortem e vivos do córtex pré-frontal, pois se relacionam com uma das modificações de RNA mais abundantes no cérebro, conhecida como adenosina para inosina (A-to -I) edição.

Esta descoberta desempenhará um papel significativo na definição do desenvolvimento de diagnósticos e terapias para doenças cerebrais.

Embora o DNA contenha o modelo genético dos humanos, o RNA na verdade executa suas instruções para criar proteínas funcionais que desempenham papéis importantes no funcionamento do corpo, incluindo as funções complexas do sistema nervoso central. A função e a estabilidade do RNA são controladas por muitas modificações, cada uma com um propósito específico.

Estas modificações, conhecidas como edição de RNA, são um processo contínuo que ocorre em todas as nossas células e tecidos, facilitado por enzimas conhecidas como ADAR. Este processo pode continuar a ocorrer em células individuais por algum tempo após a morte da pessoa de cujos tecidos as células faziam parte.

A conversão de nucleosídeos de adenosina em inosina (A para I) é uma modificação de RNA comum e bem estudada e é orquestrada por proteínas da família ADAR, principalmente ADAR1 e ADAR2.

No cérebro dos mamíferos, milhares de locais de edição A-I altamente regulamentados foram descobertos em regiões anatômicas e tipos de células, alguns por pesquisadores do Monte Sinai. Sabe-se que esses locais estão envolvidos na maturação neuronal e no desenvolvimento do cérebro . A regulação aberrante da edição A-to-I tem sido associada a distúrbios neurológicos.

"Até agora, a investigação da edição A-para-I e sua significância biológica no cérebro de mamíferos tem sido restrita à análise de tecidos post-mortem. Ao usar amostras frescas de indivíduos vivos, fomos capazes de descobrir diferenças significativas na atividade de edição de RNA que estudos anteriores, baseados apenas em amostras post-mortem, podem ter negligenciado", disse Michael Breen, Ph.D., coautor sênior do estudo e professor assistente de Psiquiatria e Genética e Ciências Genômicas, no Icahn Mount Sinai.

“Ficamos particularmente surpreendidos ao descobrir que os níveis de edição de ARN eram significativamente mais elevados no tecido cerebral post-mortem em comparação com o tecido vivo, o que provavelmente se deve a alterações post-mortem, como inflamação e hipóxia, que não ocorrem em cérebros vivos.

"Além disso, descobrimos que a edição de RNA em tecidos vivos tende a envolver locais evolutivamente conservados e funcionalmente importantes que também são desregulados em doenças humanas, enfatizando a necessidade de estudar amostras vivas e post-mortem para uma compreensão abrangente da biologia cerebral."

Após a morte, a falta de oxigênio danifica rapidamente as células cerebrais, causando uma cascata irreversível de danos que pode alterar a expressão do ADAR e a edição de A para I.

"Nós levantamos a hipótese de que as respostas moleculares às respostas hipóxicas e imunológicas induzidas post-mortem podem alterar significativamente o cenário da edição A-to-I. Isso pode levar a mal-entendidos sobre a edição de RNA no cérebro se estudarmos apenas os tecidos post-mortem", disse Miguel Rodríguez de los Santos, Ph.D., coautor do estudo e pós-doutorado no Departamento de Psiquiatria do Monte Sinai.

"Estudar o tecido cerebral vivo nos fornece uma imagem mais clara da biologia da edição de RNA no cérebro humano."

Para investigar, a equipe de pesquisa ancorou seu estudo no Living Brain Project , no qual tecidos do córtex pré-frontal dorsolateral (DLPFC) de pessoas vivas são obtidos durante procedimentos neurocirúrgicos para estimulação cerebral profunda, um tratamento eletivo para doenças neurológicas.

Para comparação, uma coorte de tecidos DLPFC post-mortem em três bancos de cérebros foi montada para corresponder à coorte viva para as principais variáveis demográficas e clínicas. A equipe investigou vários tipos de dados genômicos do Living Brain Project, incluindo amostragem de RNA de tecido em massa, sequenciamento de RNA de núcleo único e sequenciamento do genoma completo. A geração desses dados está sendo descrita em vários manuscritos futuros do Living Brain Project.

Os pesquisadores identificaram mais de 72.000 locais onde a edição de A para I ocorre com mais frequência ou de forma diferente no post-mortem do que no tecido cerebral DLPFC vivo. Eles encontraram níveis mais elevados das enzimas ADAR e ADARB1, responsáveis por padrões elevados de edição em tecidos cerebrais post-mortem. Curiosamente, eles também encontraram centenas de sites com níveis mais elevados de edição de A para I em tecido cerebral vivo.

Esses locais são encontrados principalmente nas conexões entre neurônios (chamadas sinapses) e geralmente são conservados ao longo da evolução, sugerindo que desempenham papéis importantes na atividade cerebral.

Alguns sítios de edição A-to-I bem conhecidos foram altamente editados em cérebros vivos, indicando que podem estar envolvidos em processos neuronais críticos como a plasticidade sináptica, que é essencial para o aprendizado e a memória. No entanto, muitos outros sítios de edição A-to-I encontrados em tecidos cerebrais vivos têm funções pouco claras, e mais pesquisas são necessárias para entender seu impacto na saúde cerebral.

"A utilização de tecido cerebral fresco de doadores humanos vivos nos proporcionou a oportunidade de investigar o cérebro sem as confusões inerentes à análise de tecido post-mortem", disse Alexander W. Charney, MD, Ph.D., coautor sênior do estudo e professor associado. de Psiquiatria, Ciências Genéticas e Genômicas, Neurociências e Neurocirurgia em Icahn Mount Sinai e colíder do Living Brain Project.

"Ao fazer isso, revelamos insights mais precisos sobre a prevalência e os papéis da edição A-to-I no cérebro humano. É fundamental observar que nossas descobertas não negam, mas em vez disso fornecem o contexto que faltava para o uso de tecidos cerebrais post-mortem na pesquisa Regulamento A-to-I.

“Compreender essas diferenças ajuda a melhorar nosso conhecimento da função cerebral e das doenças através das lentes das modificações de edição do RNA, o que pode potencialmente levar a melhores abordagens diagnósticas e terapêuticas”.

A equipe de pesquisa analisará ainda mais os dados de edição de RNA para entender melhor suas implicações e identificar potenciais alvos terapêuticos para a doença de Parkinson. Eles também estão expandindo a pesquisa para incluir trabalhos emergentes dessa coorte que se concentram na expressão genética, proteômica e multiômica do cérebro vivo.

“Ao aproveitar a natureza única e transdisciplinar do Living Brain Project, podemos transformar uma modalidade de cuidados clínicos de ponta, como a estimulação cerebral profunda, numa plataforma para uma visão sem precedentes da biologia do cérebro humano que dará origem a novas oportunidades terapêuticas”, disse Brian Kopell. , MD, coautor do estudo, diretor do Centro de Neuromodulação do Monte Sinai e colíder do Living Brain Project.