Ao identificar o papel do gene DECAF1 no funcionamento do sistema nervoso, estudo conduzido por pesquisadora da UFMS de Paranaíba acrescenta novas evidências sobre a complexa arquitetura genética do Transtorno do Espectro Autista
O autismo continua sendo um dos maiores desafios da neurociência contemporânea. Embora os avanços da genética tenham identificado na escala de mais de mil genes centenas de genes associados ao Transtorno do Espectro Autista (TEA), nenhum deles, isoladamente, explica a origem da condição de todos os casos. A compreensão atual aponta para um cenário muito mais complexo, no qual diferentes alterações genéticas interagem entre si e influenciam, em graus variados, o desenvolvimento e o funcionamento do cérebro.
É justamente nesse quebra-cabeça que uma pesquisa conduzida na UFMS de Paranaíba acrescenta uma nova peça. Utilizando a mosca-das-frutas (Drosophila melanogaster) como modelo experimental, o estudo trouxe evidências inéditas sobre a função do gene DCAF1, até então pouco explorado no contexto do autismo, indicando que ele desempenha um papel importante na atividade neuronal e que sua atuação pode estar relacionada à interação com outros genes já reconhecidos pela literatura científica.
Tudo começou com um paciente portador de uma alteração genética rara, envolvendo os genes DCAF1 e TRPC6. O caso, acompanhado por pesquisadores do Centro de Estudos do Genoma Humano da Universidade de São Paulo (USP), despertou uma pergunta que ainda não tinha resposta: qual era, afinal, a função do DCAF1 no sistema nervoso? A partir desse questionamento, formou-se uma rede de colaboração envolvendo a UFMS, a Universidade de São Paulo (USP) e a Universidade de Valparaíso, no Chile, para investigar como alterações nesse gene poderiam interferir no desenvolvimento cerebral e no comportamento.
O trabalho foi conduzido pela professora da UFMS de Paranaíba Ana Luiza Bossolani Martins, durante seu estágio de pós-doutorado. “Nosso estudo mostrou que o DCAF1 exerce uma função essencial na atividade neuronal e no comportamento. Os resultados reforçam que o autismo tem uma base biológica complexa, na qual diferentes genes atuam de forma conjunta, e não a partir da ação isolada de um único gene”, explica.
Uma nova peça do quebra-cabeça
Até recentemente, o gene TRPC6 concentrava boa parte das evidências científicas relacionadas ao estudo desenvolvido pelo grupo. Já o DCAF1 aparecia apenas em relatos isolados de pacientes com alterações genéticas associadas ao autismo, sem que sua função tivesse sido demonstrada experimentalmente. Foi essa lacuna que a pesquisa buscou preencher.
Para isso, a equipe investigou o comportamento de drosófilas com perda de função do gene mahjong, equivalente ao DCAF1 humano. Os experimentos revelaram alterações na interação social, na atividade locomotora, nos padrões de sono, na flexibilidade comportamental pela análise do comportamento de autolimpeza (self-grooming), utilizado como um parâmetro análogo às estereotipias observadas no transtorno.
Os pesquisadores também desenvolveram um modelo experimental inspirado na condição genética de um paciente brasileiro, envolvendo simultaneamente alterações nos genes DCAF1 e TRPC6. Quando ambos estavam comprometidos, os animais apresentaram uma redução na variabilidade dos padrões de grooming, sugerindo que a interação entre esses genes produz efeitos mais intensos do que alterações isoladas. “Esse dado fortalece a hipótese de que o transtorno do espectro autista possui uma base genética complexa, envolvendo a interação entre diferentes genes”, afirma Ana Luiza.
Uma mosca, muitas respostas
À primeira vista, parece improvável que um inseto de poucos milímetros ajude a desvendar um transtorno que afeta milhões de pessoas em todo o mundo. No entanto, há mais de um século a mosca-da-fruta (Drosophila melanogaster) ocupa um lugar de destaque na genética. Pequena, de reprodução rápida e fácil manipulação em laboratório, ela compartilha com os seres humanos uma característica surpreendente: cerca de 75% dos genes humanos associados a doenças possuem um equivalente funcional na espécie.
Essa proximidade genética faz da drosófila uma das principais ferramentas da pesquisa biomédica. Em vez de reproduzir integralmente doenças humanas — algo biologicamente impossível —, ela permite investigar como determinados genes participam do desenvolvimento e do funcionamento do sistema nervoso. Foi justamente essa estratégia adotada pela equipe.
“Não podemos dizer que uma mosca apresenta autismo. O que estudamos são comportamentos análogos, baseados em mecanismos biológicos conservados entre as espécies”, fala Ana Luiza. Essa distinção é fundamental para compreender o papel dos modelos experimentais. O objetivo não é reproduzir a doença em sua totalidade, mas isolar processos biológicos específicos que seriam praticamente impossíveis de investigar diretamente em seres humanos.
Ao contrário do cérebro humano, formado por aproximadamente 86 bilhões de neurônios, o sistema nervoso da drosófila possui cerca de 150 mil. A diferença é enorme. Ainda assim, justamente por sua simplicidade, o organismo permite responder perguntas biológicas com rapidez e precisão. “O modelo funciona como uma primeira etapa da investigação. Ele nos indica quais genes e mecanismos merecem ser estudados posteriormente em modelos mais complexos, como roedores ou culturas de células humanas”, conta.
Essa capacidade de acelerar descobertas torna a drosófila especialmente valiosa para estudos genéticos. Enquanto experimentos semelhantes em mamíferos podem exigir muitos anos e investimentos elevados, as moscas permitem realizar cruzamentos genéticos, análises comportamentais e avaliações moleculares em um intervalo significativamente menor. Mesmo assim, o trabalho está longe de ser simples.
Do paciente ao laboratório
Embora as linhagens de drosófila utilizadas já existissem em centros internacionais especializados, foi necessário realizar cruzamentos genéticos específicos, ampliar populações, padronizar os experimentos, repetir testes comportamentais, analisar a expressão gênica e submeter os resultados a rigorosas análises estatísticas. Mesmo com parte da infraestrutura já disponível, somente a fase experimental consumiu cerca de dois anos.
“O estudo do comportamento é extremamente complexo. Muitas vezes precisamos repetir os experimentos diversas vezes para garantir que os resultados sejam consistentes”, relata Ana Luiza. Ao longo desse período, foram utilizadas mais de mil moscas, considerando todas as replicações necessárias para assegurar a robustez estatística dos dados.
Além das análises comportamentais, os pesquisadores recorreram a técnicas modernas de transcriptômica de célula única (single-cell RNA sequencing), utilizando bancos públicos de dados para investigar quando e onde o gene mahjong é mais ativo durante o desenvolvimento do cérebro.
Os resultados mostraram que sua expressão é mais intensa justamente nas fases iniciais da formação do sistema nervoso, especialmente em regiões relacionadas ao processamento sensorial, à aprendizagem, à memória e ao controle do comportamento.
Embora o estudo não tenha identificado um mecanismo molecular específico responsável pelo autismo, ele trouxe evidências importantes sobre a função desempenhada pelo DCAF1 durante o neurodesenvolvimento. “Verificamos que esse gene apresenta maior expressão nas fases iniciais do desenvolvimento cerebral, o que sugere um papel importante na formação e na organização dos circuitos neurais”, explica.
Montando o quebra-cabeça
Embora ainda pouco estudado, o gene DCAF1 mostrou atuar em conjunto com o TRPC6, já reconhecido internacionalmente como um forte candidato associado ao transtorno do espectro autista. Nos experimentos conduzidos na UFMS, quando ambos apresentavam alterações, os pesquisadores observaram um agravamento dos comportamentos analisados na drosófila, indicando que os efeitos produzidos pela interação entre os genes são mais expressivos do que aqueles causados pela alteração isolada de apenas um deles.
Para Ana Luiza, esse resultado reforça uma das hipóteses mais consistentes da genética contemporânea. “Nosso estudo mostra que o autismo possui uma base biológica complexa, na qual diferentes genes atuam de forma conjunta, e não a partir da ação isolada de um único deles”. Essa compreensão também ajuda a explicar por que pessoas diagnosticadas com TEA podem apresentar manifestações tão diferentes entre si. Ainda que compartilhem características clínicas semelhantes, os mecanismos biológicos que levaram ao desenvolvimento do transtorno podem variar significativamente de um indivíduo para outro.
“Cada gene exerce funções específicas nas células”, observa a pesquisadora. “O impacto de uma alteração genética depende da variante envolvida, da função desempenhada por aquele gene e da interação que ele estabelece com centenas de outros genes.” Enquanto genes já bastante conhecidos, como SHANK3, as neurexinas e as neuroliginas, atuam diretamente na estrutura das sinapses — regiões responsáveis pela comunicação entre os neurônios —, o TRPC6 e o DCAF1 exercem papéis regulatórios muito mais amplos.
O TRPC6 controla a entrada de cálcio nas células nervosas, processo indispensável para o desenvolvimento neuronal e para a plasticidade das conexões cerebrais. Já o DCAF1 participa de mecanismos relacionados à degradação de proteínas e à manutenção do equilíbrio celular, processos fundamentais para o funcionamento adequado do sistema nervoso. “Esses genes influenciam a formação, a manutenção e a adaptação dos circuitos neurais”, resume Ana Luiza. A descoberta também sugere que alterações no DCAF1 podem estar relacionadas a outras condições do neurodesenvolvimento.
Além do autismo, estudos anteriores já haviam associado o TRPC6 a deficiência intelectual, alterações do desenvolvimento cerebral e epilepsia. Durante a pesquisa, a equipe identificou ainda pacientes portadores de variantes no DCAF1 que apresentavam atraso global do desenvolvimento, deficiência intelectual, microcefalia e autismo.
Em uma busca realizada em grandes bancos internacionais públicos de dados genéticos, que reúnem informações de aproximadamente 40 mil indivíduos, os pesquisadores encontraram outros pacientes com alterações em DCAF1, fortalecendo a hipótese de participação desse gene na etiologia do TEA. “Nosso trabalho fornece evidências funcionais importantes, mas ainda não significa que possamos interpretar diretamente variantes genéticas encontradas em pacientes”, destaca a professora da UFMS.
Ao demonstrar experimentalmente que o DCAF1 exerce papel relevante no sistema nervoso e interage com outros genes relacionados ao autismo, o estudo amplia o conjunto de evidências disponíveis para futuras investigações e fornece novos caminhos para compreender a arquitetura genética do TEA.
Da bancada ao consultório
Embora os resultados ampliem a compreensão sobre a biologia do autismo, eles ainda pertencem ao campo da pesquisa básica. Antes que qualquer aplicação clínica seja considerada, será necessário validar os achados em diferentes modelos experimentais, reproduzi-los em outros laboratórios e aprofundar o estudo dos mecanismos celulares envolvidos.
Somente depois dessa etapa será possível investigar, por exemplo, se determinadas vias biológicas podem se tornar alvo de novos medicamentos ou estratégias de medicina personalizada. “O diagnóstico do autismo continuará sendo clínico e comportamental. Os avanços da genética funcionarão como ferramentas complementares e poderão contribuir para tornar esse processo cada vez mais preciso.”
A pesquisadora lembra que esse percurso costuma ser longo. No caso do autismo, o desafio é ainda maior. Além da influência de centenas de genes, fatores ambientais também participam da construção desse quadro complexo, tornando improvável que uma única descoberta seja capaz de responder, sozinha, às inúmeras perguntas que ainda cercam o transtorno.
Ciência sem fronteiras
Interessada no uso da Drosophila melanogaster como modelo para o estudo do autismo, Ana Luiza Bossolani Martins já acompanhava o trabalho realizado pelo Centro de Estudos do Genoma Humano e Células-Tronco da USP, coordenado pela professora Maria Rita Passos-Bueno. “No Brasil, há alguns grupos de pesquisa consolidados na área do autismo que têm investido principalmente em genética, estudos funcionais e estudos clínicos, buscando compreender a relação gene-ambiente e desenvolver marcadores para a melhoria do diagnóstico do TEA. O interesse pelo tema tem crescido; por exemplo, o Banco Virtual da Fapesp aponta cerca de 30 projetos aprovados em desenvolvimento. Dessa forma, a expectativa é que haja um avanço contínuo nos aportes financeiros e científicos nesse campo”, destaca Maria Rita.
Segundo a pesquisadora da USP, há um massivo investimento global na pesquisa sobre o autismo. “No segmento em que atuo, a genética e a genômica, destacam-se os trabalhos desenvolvidos por grupos dos Estados Unidos e do Canadá. Nesse contexto, temos colaborado com equipes internacionais, dada a relevância de se realizar a caracterização genômica em um grande número de indivíduos, o que apresentava custos proibitivos até muito recentemente. No exterior, há também diversas iniciativas privadas voltadas particularmente para o desenvolvimento de terapias genéticas ou farmacológicas, além de um forte fomento à pesquisa básica”, comenta.
Foi a partir dessa aproximação que surgiu a oportunidade de a professora Ana Luiza realizar o pós-doutorado na Universidade de Valparaíso, no Chile, onde teve contato com um dos grupos de pesquisa de referência internacional no uso da drosófila para investigar doenças do neurodesenvolvimento.
Durante esse período, aprendeu técnicas de manipulação genética, manutenção de linhagens, testes comportamentais, análises de expressão gênica e procedimentos de imuno-histoquímica que hoje começam a ser incorporados às pesquisas desenvolvidas na UFMS. “Essa parceria foi fundamental para trazer novas metodologias ao Brasil e fortalecer colaborações internacionais que continuam até hoje.”
Embora estudos dessa natureza dependam de financiamento contínuo para aquisição de reagentes, equipamentos e manutenção das linhagens experimentais, a drosófila representa uma vantagem importante: o custo relativamente baixo em comparação com outros modelos biológicos.
A próxima peça
O grupo trabalha agora em uma nova parceria estabelecida com os pesquisadores Helena Marcolla Araújo e Alison Julio, da UFRJ, Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ), no desenvolvimento de drosófilas capazes de expressar genes humanos relacionados ao autismo, especialmente os genes TRPC5 e TRPC6. A ideia é verificar se essas proteínas conseguem restaurar funções perdidas em moscas geneticamente modificadas.
Caso isso aconteça, será possível utilizar esses modelos para analisar, de forma rápida e controlada, variantes genéticas identificadas em pacientes e, futuramente, testar moléculas capazes de corrigir alterações observadas no sistema nervoso.
Essa estratégia representa uma das etapas iniciais da chamada pesquisa translacional — aquela que transforma descobertas feitas no laboratório em aplicações clínicas. Ainda assim, Ana Luiza prefere evitar qualquer expectativa precipitada. ” A ciência avança de forma gradual, e cada etapa precisa ser cuidadosamente validada”, diz.
Nos próximos cinco anos, o objetivo é ampliar o número de genes estudados utilizando a drosófila como modelo experimental e aprofundar a investigação sobre as vias biológicas envolvidas no transtorno do espectro autista. Em uma fase posterior, esses mesmos modelos poderão servir para a triagem inicial de compostos com potencial terapêutico, fornecendo informações que orientarão pesquisas em organismos mais complexos.
“Nenhuma terapia de precisão pode ser desenvolvida sem que antes compreendamos os mecanismos biológicos envolvidos. Nosso trabalho acrescenta mais uma peça a esse quebra-cabeça”, conclui Ana Luiza.
Texto: Vanessa Amin
Fotos: Acervo dos pesquisadores/Envato
