Cientistas descobrem um gene mestre que aciona o desenvolvimento humano, resultando na formação de um corpo pelas células

Graças a um novo estudo, publicado na revista Nature, agora sabemos qual é o gene mestre que controla o desenvolvimento embrionário humano. Chamado NANOG, sua função foi identificada por meio de alterações precisas no DNA de óvulos fertilizados, utilizando uma técnica conhecida como edição de bases por CRISPR.

A descoberta pode levar a formas de aumentar a taxa de sucesso da fertilização¹ in vitro (FIV) e ajudar no tratamento de condições não relacionadas à fertilidade. “Outro motivo pelo qual estudamos esses estágios iniciais do desenvolvimento humano é a sua importância profunda para a biologia das células²-tronco”, afirma Kathy Niakan, da Universidade de Cambridge. “Uma compreensão melhor beneficiará a pesquisa com células-tronco³ e a medicina regenerativa, o que poderia ter um impacto transformador capaz de afetar a vida de todos nós.”

Estudos em animais já haviam demonstrado há muito tempo que o NANOG desempenha um papel no desenvolvimento embrionário. O gene recebeu esse nome em homenagem a Tír na nÓg, o mundo celta da eterna juventude, pois sua ativação é o que torna as células-tronco³ imortais. No entanto, um ponto crucial é que o trabalho da equipe revela que o NANOG exerce uma função diferente em humanos em comparação com outros animais, como os camundongos.

Quando um óvulo fertilizado⁴ começa a se desenvolver, as células² assumem uma de três funções distintas: formar a placenta, o saco vitelínico (presente também em embriões de mamíferos) ou o próprio embrião. Quando a equipe utilizou a edição de bases para desativar o NANOG em óvulos fertilizados de camundongo, nenhuma das células² resultantes se desenvolveu em células² progenitoras do saco vitelínico.

A edição de bases é uma forma modificada de CRISPR que altera uma única letra do DNA de cada vez. Em contrapartida, a forma original do CRISPR corta as fitas de DNA, resultando em diversos tipos de mutações. “A precisão da técnica reduz a probabilidade de anomalias cromossômicas não intencionais, que podem ocorrer com a versão original”, explica Niakan.

Por outro lado, quando a equipe desativou o NANOG em óvulos humanos doados por mulheres submetidas a tratamentos de FIV, nenhuma das células² se desenvolveu naquelas que formam o embrião. Em outras palavras, a ativação do NANOG é o que inicia o programa de desenvolvimento responsável por levar as células² a formar o corpo humano⁵.

Sob o microscópio, esses embriões ainda pareciam normais, no entanto, e a seleção de embriões para implantação na FIV baseia-se, em grande parte, na sua forma, diz Niakan. “Em metade dos casos, embora a forma sugira que o embrião está se desenvolvendo bem, ele não possui potencial para se implantar”, afirma ela. “Assim, talvez a identificação de marcadores ou genes-chave, como o NANOG, possa ajudar a melhorar essas taxas.”

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A equipe de Niakan não é a primeira a realizar a edição de bases em embriões humanos. O procedimento foi feito pela primeira vez em 2017, mas utilizando embriões descartados devido a anomalias; portanto, os resultados poderiam não refletir o que ocorre em embriões saudáveis. Então, no mês passado, Dieter Egli, da Universidade de Columbia, em Nova York, e seus colegas publicaram um artigo, ainda não revisado por pares, descrevendo a edição de bases em embriões no estágio de duas células².

“O que buscávamos alcançar era fundamentalmente diferente. Nosso estudo trata da compreensão de genes-chave – esta é a primeira vez que a técnica é utilizada para estudar a função gênica em embriões humanos”, diz Niakan. “O estudo de Dieter avaliava o uso da tecnologia na correção de mutações associadas a doenças.”

Egli afirma que o estudo de Niakan demonstra que o NANOG desempenha um papel importante no desenvolvimento humano, distinto daquele observado em camundongos.

Os três estudos sugerem que a edição de bases via CRISPR em embriões humanos é muito mais segura do que a edição realizada com a forma original do CRISPR, como foi feito com três crianças na China alguns anos atrás. No entanto, Mary Herbert, da Universidade Monash, em Melbourne (Austrália), que integrou a equipe de Niakan, ressalta que ainda estamos longe do momento em que a edição de bases via CRISPR poderia ser utilizada para gerar crianças com edição genética, por exemplo, para prevenir condições hereditárias. “A tecnologia não está pronta para isso”, diz Herbert. “Acredito que haja um consenso absoluto sobre esse ponto.”

Um grande obstáculo para isso é que, muitas vezes, apenas algumas das células² de um embrião têm seus genes editados com sucesso, um fenômeno conhecido como mosaicismo. Isso significa que, se a edição genética fosse utilizada para corrigir mutações causadoras de doenças em um embrião, a criança resultante ainda poderia desenvolver a condição.

Por exemplo, em uma das tentativas de edição realizadas pela equipe de Egli, 80% dos embriões apresentaram mosaicismo. A equipe de Niakan realizou a edição em um estágio muito mais inicial, injetando a maquinaria de edição genética nos óvulos juntamente com o espermatozoide⁷ usado para fertilizá-los. Isso reduziu o mosaicismo, mas não de forma significativa: metade dos óvulos ainda apresentava a condição. “Essa ainda seria uma taxa de mosaicismo muito alta em muitas circunstâncias, caso os métodos fossem utilizados para corrigir uma variante de DNA causadora de um distúrbio genético”, afirma Robin Lovell-Badge, do Instituto Francis Crick, em Londres.

Niakan diz que seria extremamente antiético tentar realizar a edição de bases em crianças neste momento, mas não descarta essa possibilidade para o futuro: “Eu também defenderia fortemente a realização de muito mais pesquisas básicas que sejam de acesso público e objeto de discussão pública.”

Confira a seguir o resumo do artigo publicado.

Edição de bases revela um papel essencial do NANOG na embriogênese⁸ humana

Compreender como as primeiras linhagens celulares são especificadas e mantidas durante o desenvolvimento humano é de importância fundamental e possui implicações clínicas para a medicina regenerativa, a infertilidade⁹ e a perda gestacional.

Embora modelos de camundongos tenham fornecido informações valiosas sobre os fatores de transcrição que regulam o desenvolvimento inicial, a transposição desses achados para embriões humanos tem sido limitada por restrições éticas, técnicas e biológicas.

Estudos funcionais de fatores de transcrição em embriões humanos têm sido dificultados por abordagens de edição genômica baseadas em nucleases, que induzem genotoxicidade.

Para superar esse obstáculo, aplicou-se a edição de bases de adenina ABE8e para atingir com precisão o sítio doador de splicing¹⁰ de um éxon, resultando em um defeito de splicing¹⁰ e na inativação (knockout) funcional do regulador do desenvolvimento NANOG em embriões humanos. Essa abordagem não desencadeou genotoxicidade e apresentou edição fora do alvo limitada.

A perda de NANOG compromete a especificação do epiblasto pluripotente e faz com que, em vez disso, as células² se diferenciem seguindo um programa transcricional de endoderma¹¹ primitivo (que dá origem ao saco vitelino) ou de trofectoderma (que contribui para a formação da placenta).

A preservação da diferenciação em endoderma¹¹ primitivo em embriões humanos editados para NANOG revela um mecanismo de compensação funcional distinto do observado em camundongos, ressaltando a importância de investigar diretamente o desenvolvimento humano.

Esses resultados demonstram o papel essencial do NANOG na pluripotência e na especificação do epiblasto humanos, além de destacarem a utilidade da edição de bases para a investigação funcional do desenvolvimento humano.