O complexo de silenciamento de genes HUSH contribui para o desenvolvimento e a função normal do cérebro

O complexo de silenciamento de genes HUSH pode estar envolvido em distúrbios complexos que afetam o cérebro e os neurônios. No entanto, seu mecanismo de ação ainda não está claro. Pesquisadores do Instituto de Biotecnologia Molecular da Academia Austríaca de Ciências (IMBA) agora descobrem os alvos in vivo e as funções fisiológicas de um componente do complexo de silenciamento de genes HUSH e uma de suas proteínas associadas.

O trabalho, realizado em modelos de camundongos de laboratório e cérebro organoides, liga o complexo HUSH ao normal Desenvolvimento do cérebro, individualidade e conectividade neuronal, bem como o comportamento do rato. As descobertas são publicadas em Avanços da ciência.

O complexo do hub de silenciamento humano (HUSH) foi recentemente identificado como de importância fundamental para silenciar elementos genéticos repetitivos, incluindo transposons em mamíferos. O complexo HUSH contém MPP8, uma proteína que se liga à marca de modificação de histonas H3K9me3. Além disso, o HUSH é conhecido por recrutar outras proteínas, incluindo a proteína dedo de zinco MORC2.

Em humanos, as mutações que afetam o MORC2 estão associadas à neuropatia axonal, um tipo de dano nervoso e distúrbios do neurodesenvolvimento. No entanto, pouco se sabe sobre as funções fisiológicas de MPP8 e MORC2 ou como elas podem afetar a saúde do cérebro. Pesquisadores liderados por Astrid Hagelkruys, pesquisadora associada sênior do grupo Penninger no IMBA, decidiram investigar os alvos e as funções dessas duas proteínas in vivo em modelos de ratos de laboratório e em organoides do cérebro humano.

Desenvolvimento e comportamento alterado do cérebro

A equipe usou uma abordagem abrangente in vivo, incluindo experimentos comportamentais, motores, de desenvolvimento, genéticos e transcriptômicos. Eles descobriram que MPP8 e MORC2A (o ortólogo do rato do MORC2 humano) foram altamente expressos no cérebro, onde são encontrados exclusivamente nos neurônios. “Nós demonstramos que MPP8 e MORC2A desempenham um papel na desenvolvimento normal do cérebroa especificação da identidade neuronal e conectividade dos neurônios, bem como o comportamento do rato”, diz Astrid Hagelkruys, líder do projeto e co-autora do estudo.

Além disso, a exclusão de MPP8 ou MORC2A no sistema nervoso dos modelos de camundongos aumentou tamanho do cérebro e arquitetura cerebral alterada sem grandes mudanças na expressão do elemento transponível. Essas deleções afetaram as funções motoras e o comportamento dos camundongos. “Assim, surpreendentemente em um animal vivomostramos que MPP8 e MORC2A atuam além da regulação de elementos transponíveis”, diz Hagelkruys.

Mecanismo molecular que lembra o silenciamento de genes

Até agora, o complexo HUSH esteve envolvido na regulação do transposon. “Mostramos que MPP8 e MORC2A suprimiram os agrupamentos de genes de protocaderinas de uma maneira dependente de H3K9me3. No nível da proteína, esses agrupamentos de genes de protocaderinas formam proteínas de superfície neuronal que mediam o contato com outros neurônios. Embora as protocaderinas não sejam elementos transponíveis, alguns são expressos em a sistema nervoso central como clusters de genes ‘repetitivos'”, explica Hagelkruys.

Nos modelos de camundongos, MPP8 e MORC2A silenciaram especificamente o agrupamento de protocaderinas no cromossomo 18 do camundongo. A exclusão de MPP8 e MORC2A levou à formação de mais sinapses nos neurônios, o que pode coincidir com um comprometimento da individualidade neuronal. Em outras palavras, a capacidade dos neurônios de distinguir “eu” de “não-eu”. Ao expressar diferentes combinações de protocaderinas agrupadas, os neurônios adquirem uma forma de “código de barras” que lhes permite controlar a formação de conexões sinápticas com outros neurônios. Assim, ao direcionar protocaderinas agrupadas, MPP8 e MORC2A podem garantir que os neurônios adquiram o “código de barras” correto e formem sinapses apenas com as contrapartes corretas.

Além disso, a equipe examinou os efeitos da deficiência de MPP8 e MORC2 em organoides do cérebro humano. Usando este modelo derivado de células-tronco do cérebro humano, os cientistas observaram resultados concordantes: a ausência de MPP8 ou MORC2 levou a um aumento do número de protocaderinas agrupadas expressas em neurônios organoides no nível de célula única. Isso indica que a ausência das duas proteínas interrompeu a identidade neuronal também no organoides do cérebro humano.

A epigenética das doenças do cérebro e do sistema nervoso

Com o trabalho atual, os pesquisadores descobriram um papel fundamental do complexo HUSH na regulação epigenética da expressão de protocaderina no sistema nervoso. Essas descobertas ligam o efeito mecanicista de suprimir elementos genéticos repetitivos com rato fisiologia e comportamento cerebral. Os resultados organoides cerebrais da equipe também mostram que efeitos semelhantes podem ser encontrados em humanos.

“O interesse dessas descobertas sobre a função essencial do complexo HUSH no cérebro reside na implicação das protocaderinas na fidelidade neuronal e na evolução do cérebro. No entanto, como isso é regulado permaneceu em grande parte desconhecido. doenças neurológicas e do neurodesenvolvimento, mas também vários transtornos mentais em humanos. Portanto, nossas descobertas podem nos ajudar a entender melhor os mecanismos de regulação epigenética que governam essas doenças e fornecer uma nova maneira de estudar a evolução do cérebro”, conclui Josef Penninger, líder do grupo no IMBA.

Fornecido pelo IMBA- Instituto de Biotecnologia Molecular da Academia Austríaca de Ciências