Novas Avanços na Pesquisa do Genoma de Camundongos

Os camundongos têm sido uma parte fundamental da pesquisa científica por mais de um século. Eles ajudam os cientistas a entender doenças humanas, encontrar tratamentos e compreender como nossos corpos funcionam. Algumas descobertas importantes feitas com camundongos incluem o papel de certos genes no nosso sistema imunológico e a criação de células-tronco especiais que podem se transformar em diferentes tipos de células.

Em 2002, os cientistas completaram o primeiro genoma completo de um camundongo, especificamente da linhagem C57BL/6J. O genoma é o conjunto completo de DNA de um organismo. O genoma do camundongo tem 19 pares de cromossomos e um cromossomo X, enquanto o cromossomo Y é diferente por ter uma estrutura única. Algumas partes do genoma do camundongo são difíceis de estudar por causa da forma como seus cromossomos são construídos. O genoma atual do camundongo está incompleto, com cerca de 281 lacunas. Essas lacunas estão presentes em todos os cromossomos, e áreas importantes como Telômeros e centrômeros permanecem não resolvidas.

#A Importância dos Telômeros e Centrômeros

Telômeros são as extremidades protetoras dos cromossomos que ajudam a evitar que eles sejam danificados. Centrômeros desempenham um papel importante durante a divisão celular, ajudando a separar os cromossomos corretamente. O genoma atual do camundongo não reflete com precisão essas partes importantes dos cromossomos.

Avanços recentes na tecnologia de sequenciamento de DNA oferecem uma maneira de criar genomas de camundongo mais completos. Este estudo usou um método que permite aos cientistas ler trechos muito longos de DNA, proporcionando uma oportunidade para preencher as lacunas na genética dos camundongos.

#Criando Genomas T2T de Camundongos

Os pesquisadores produziram os primeiros genomas completos de camundongos para as linhagens C57BL/6J e CAST/EiJ. Esses genomas completos, chamados de T2T (Telômero-a-Telômero), contêm todas as estruturas que estavam faltando anteriormente, incluindo telômeros e centrômeros completos. Os novos genomas são mais completos do que as versões antigas, expandindo muito a compreensão da genética dos camundongos.

O DNA foi obtido de células-tronco embrionárias de uma mistura das duas linhagens de camundongos. Os cientistas usaram tanto métodos de sequenciamento de leitura longa quanto de leitura curta para montar os genomas. Eles criaram seis montagens diferentes de genomas e as compararam, selecionando a melhor com base em um conjunto de medidas de qualidade.

#Encontrando Partes Faltantes do Genoma

Alguns cromossomos ainda estavam incompletos, sem sequências teloméricas em suas extremidades. Para encontrar essas partes faltantes, os pesquisadores procuraram por sequências repetidas específicas nos fragmentos de DNA não colocados. Eles também usaram um método chamado Hi-C de longa distância para ajudar a atribuir as sequências restantes aos cromossomos corretos.

Ao comparar os novos genomas com a versão anterior, ficou claro que as novas versões tinham uma sequência mais longa. Por exemplo, o genoma T2T de C57BL/6J acrescentou 208 megabases (Mbp) de sequência em comparação com a versão anterior.

#Precisão Estrutural

Para verificar quão precisas eram as novas montagens de genoma, os pesquisadores analisaram as estruturas nos cromossomos. Eles descobriram que o genoma T2T tinha menos variantes estruturais (SVs) em comparação com o genoma mais antigo. Foram observadas menos inserções, deleções, duplicações e Inversões na nova versão, indicando uma estrutura mais estável.

#Compreendendo a Estrutura dos Cromossomos

Os novos genomas permitiram uma comparação entre a estrutura dos cromossomos. Foi observado que os novos genomas continham representações completas de telômeros e centrômeros em todos os cromossomos. As lacunas na montagem anterior foram preenchidas com novos dados, revelando diferenças em grande escala entre as duas linhagens de camundongos.

Os pesquisadores descobriram que os telômeros e centrômeros haviam sido mal representados no genoma antigo, e as novas montagens melhoraram muito essa representação. Os novos genomas mostram aumentos substanciais em sequências de satélites, que são importantes para a estrutura e função dos cromossomos.

#Anotação de Genes e Genes Novos

A anotação de genes foi realizada usando sequenciamento de RNA de vários tipos de tecido. O número de genes codificadores de proteínas encontrados nos novos genomas foi comparável ao genoma de referência anterior. No entanto, os pesquisadores identificaram novos genes que não haviam sido vistos antes.

O estudo encontrou vários genes novos em ambas as linhagens. Esses novos genes variaram em tamanho e continham muitos exons diferentes, que são partes dos genes que codificam proteínas. Alguns desses novos genes foram encontrados como semelhantes a proteínas conhecidas, sugerindo suas potenciais funções.

#Genes com Aumento no Número de Cópias

Os pesquisadores também encontraram vários genes que tinham um número aumentado de cópias nos genomas T2T em comparação com a versão anterior. Isso significa que alguns genes estavam presentes em quantidades maiores nos novos genomas. Esses genes se enquadraram em várias categorias, incluindo aquelas relacionadas ao sistema imunológico. Diferenças no número de cópias de certos genes também foram notadas entre as duas linhagens.

#Estrutura dos Telômeros e Centrômeros

Telômeros e centrômeros desempenham papéis vitais na estabilidade dos cromossomos. Os novos genomas mostraram uma melhoria significativa na representação dessas regiões. Os genomas T2T de C57BL/6J e CAST/EiJ tinham telômeros muito mais longos do que o genoma de referência anterior.

Os pesquisadores descobriram que os comprimentos dos telômeros eram geralmente mais longos em camundongos em comparação com humanos. O estudo detalhou o tamanho e a estrutura dos telômeros e centrômeros, destacando diferenças entre as duas linhagens de camundongos.

Os centrômeros em camundongos foram encontrados consistindo de tipos específicos de DNA de satélite, que haviam sido mal caracterizados em estudos anteriores. Os novos genomas permitiram uma compreensão mais clara das regiões centroméricas, revelando sua complexidade estrutural.

#Comparando as Extremidades dos Cromossomos Telocêntricos

Os cromossomos de camundongos são únicos por terem seus centrômeros localizados na extremidade dos cromossomos, uma estrutura conhecida como telocêntrica. Os pesquisadores compararam as estruturas telocêntricas nas duas linhagens de camundongos, revelando diferenças em sua disposição de sequências repetidas.

As linhagens C57BL/6J mostraram uma organização de repetição distinta, enquanto CAST/EiJ tinha uma organização mais variável. Isso destaca a diversidade das estruturas cromossômicas entre as duas linhagens.

#Completando o Genoma de Referência do Camundongo

Apesar de tentativas anteriores, o genoma de referência do camundongo continua incompleto. A montagem T2T C57BL/6J preencheu com sucesso muitas lacunas, adicionando uma quantidade significativa de sequência ao genoma do camundongo. O trabalho revelou um total de 301 genes codificadores de proteínas nas regiões anteriormente faltantes.

Os pesquisadores destacaram regiões específicas de interesse, como aquelas relacionadas à resposta imunológica, permitindo estudos futuros sobre sua função. Essa abordagem abrangente para preencher as lacunas melhora significativamente a qualidade geral do genoma do camundongo.

#Regiões Pseudoautossômicas

O estudo também se concentrou em uma região chamada região pseudoautossômica (PAR), que é compartilhada entre os cromossomos X e Y. As novas montagens melhoraram a compreensão da PAR e revelaram muitos novos genes e características estruturais.

Ao comparar a PAR entre as duas linhagens de camundongos, os pesquisadores notaram diferenças no conteúdo e na estrutura dos genes, indicando que mesmo pequenas regiões do genoma podem apresentar variações significativas.

#Inversões no Genoma do Camundongo

Inversões são rearranjos no genoma que podem impactar a função e regulação dos genes. Este estudo identificou inúmeras inversões entre as duas linhagens de camundongos, iluminando suas origens e o papel das sequências repetidas na criação dessas mudanças estruturais.

Os pesquisadores descobriram que muitas inversões estavam associadas a grandes segmentos repetidos, sugerindo que esses segmentos podem desempenhar um papel na evolução e função do genoma.

#Proteínas de Dedo de Zinco KRAB

As proteínas de dedo de zinco KRAB (KZFPs) são cruciais para regular a expressão gênica. As novas montagens melhoraram muito a cobertura dessas proteínas, permitindo uma melhor compreensão de seus papéis no genoma. Diferenças no número e arranjo das famílias de KZFP foram encontradas entre as duas linhagens, indicando que essas regiões estão sujeitas a mudanças evolutivas.

#Conclusão

Este estudo marca um avanço significativo na genética dos camundongos. Ao criar genomas mais completos para duas linhagens importantes, os pesquisadores abriram a porta para novas investigações em genética e doenças. Esses genomas melhorados fornecem uma imagem mais clara de regiões anteriormente faltantes, aprimorando nossa compreensão de como essas regiões funcionam e evoluem.

O trabalho oferece uma base para estudos futuros que irão explorar variações genéticas e suas implicações para a saúde e doenças. À medida que os pesquisadores continuam a desenvolver este trabalho, mais insights sobre as complexidades da genética vão surgir, beneficiando nossa compreensão dos processos biológicos e do potencial para desenvolver tratamentos para doenças.