Falha no reparo do DNA materno compromete desenvolvimento embrionário

Luciana Constantino

Uma falha no sistema de reparo do DNA de células reprodutivas femininas pode reduzir a probabilidade de o embrião se desenvolver e, quando a gestação avança, favorecer o surgimento de mutações genéticas logo no início da formação. Esse é um dos principais resultados de uma pesquisa realizada em camundongos, que contribui para o avanço da compreensão de mecanismos envolvidos na infertilidade e em doenças genéticas.

O estudo mostrou que a ausência de uma proteína (RAD51) envolvida no reparo das quebras do DNA não inviabiliza o crescimento dos ovócitos (que dão origem aos óvulos), a maturação dessas células e a capacidade de fecundação. Porém, essa carência reduz o número de embriões e, se eles evoluem, os filhotes têm propensão a mutações nos genes.

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Responsável por armazenar as informações genéticas dos seres vivos, o DNA é formado por duas fitas, em formato espiral, unidas por ligações de hidrogênio. Devido a fatores externos (radiação, exposição química) ou biológicos (erros celulares, metabolismo), essas fitas podem se romper. Quando isso acontece, as células normalmente adotam mecanismos para religá-las ou, caso não consigam, elas induzem a própria morte, em um processo chamado apoptose.

Liderado por pesquisadores da Universidade Federal de São Carlos (UFSCar), em parceria com instituições internacionais, o trabalho financiado pela FAPESP foi publicado em setembro na revista Molecular Human Reproduction.

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Agora, os cientistas continuam as pesquisas para tentar entender quais são essas mutações, se estão em genes específicos, seus desdobramentos e possibilidades de intervenção para tentar evitá-las ou revertê-las.

“Surpreendentemente, não observamos efeito sobre a produção do ovócito com a ausência de RAD51. A ovulação, a fecundação, tudo ocorreu. Do ponto de vista da fertilidade, vimos impacto no embrião, que acumulou muita quebra de fita dupla de DNA sem reparo ou com várias mutações”, explica Marcos Roberto Chiaratti, professor do Centro de Ciências Biológicas e da Saúde da UFSCar e autor correspondente do artigo.

Como explica o pesquisador, para reparar as quebras no DNA, as células normalmente contam com um mecanismo conhecido como recombinação homóloga, uma via altamente precisa que usa uma cópia intacta do código genético como molde para restaurar a sequência original sem erros. Mas, quando a proteína RAD51 está ausente, a célula perde essa capacidade e precisa recorrer a mecanismos alternativos de emergência, que simplesmente “colam” as pontas quebradas sem conferir o molde original – um processo imperfeito que frequentemente insere mutações no genoma.

“O ovócito é mais sensível a danos do que outros tipos de células, mas, no nosso estudo, mostrou-se resistente à quebra de DNA, sem inviabilizar seu crescimento, maturação meiótica [etapa final de divisão celular em que o ovócito reduz seu material genético pela metade para se tornar apto à fertilização] ou capacidade de ser fecundado. Porém, na ausência de RAD51, entre dois e três dias após a fecundação, vimos que o número de filhotes chegou a cair até um terço. Camundongos-controle geraram de sete a oito filhotes, e os sem RAD51, de dois a três”, complementa Chiaratti.

Óvulo de camundongo sem a proteína RAD51 durante a divisão celular: os cromossomos (azul) e as fibras que os organizam (verde) parecem perfeitos. Embora a ausência da proteína gere quebras no DNA, o óvulo se forma sem alterações visíveis; o impacto do defeito só se manifesta após a fertilização, inviabilizando cerca de dois terços dos embriões (imagem:Carolina Habermann Macabelli)

Ao longo do tempo

A ciência já mostrou que, conforme o organismo envelhece (também em humanos), genes que produzem RAD51 ou proteínas similares envolvidas no reparo por recombinação homóloga vão sendo menos expressos, com impacto na fertilidade e aumento da possibilidade de mutações nas gerações seguintes. Outros trabalhos também associaram alterações prejudiciais nesses genes a doenças raras, como anemia de Fanconi (que causa falência progressiva na medula óssea), além de maior predisposição ao câncer de mama.

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O estudo focou em investigar qual é o papel do gene que codifica RAD51 e as consequências de sua ausência na fertilidade. Para isso, trabalhou com camundongos geneticamente modificados para não expressarem a proteína, desenvolvidos no laboratório do professor Pierre Olivier Frappart, da Universidade de Medicina de Mainz (Alemanha), também autor do artigo.

Na pesquisa, o sequenciamento do genoma completo revelou, nos descendentes, um aumento significativo de mutações chamadas “de novo”, ou seja, que surgem pela primeira vez em um indivíduo e não estão presentes nos pais. A maioria foi compatível com mutações em mosaico (aquelas que afetam apenas uma fração das células do organismo, e não sua totalidade) surgidas após a formação do zigoto, a primeira célula resultante da união do óvulo e do espermatozoide na fecundação.

Segundo os cientistas, os resultados confirmam que o reparo do DNA materno protege a estabilidade do genoma durante a transição do ovócito para o embrião e apontam o início do desenvolvimento embrionário como uma importante fonte de mutações “de novo”, com implicações para a biologia reprodutiva e a compreensão da origem de doenças genéticas.

Para Chiaratti, a relevância prática dessa descoberta está no potencial de gerar novas terapias em reprodução assistida. Como a capacidade de reparo do óvulo decai naturalmente com a idade, os pesquisadores vislumbram a possibilidade de suplementar a proteína RAD51 (ou seu RNA) diretamente no óvulo antes da fertilização in vitro. Essa reposição funcionaria como um suporte temporário para proteger o genoma do embrião logo após a fecundação, reduzindo as taxas de abortamento precoce e o risco de mutações em gestações tardias.

A FAPESP financiou o estudo por meio de um Projeto Temático coordenado por Chiaratti em parceria com o professor Patrick Francis Chinnery, da Universidade de Cambridge (Reino Unido), cujo objetivo foi estudar mecanismos moleculares que modulam a transmissão pela linhagem germinativa de variantes de DNA mitocondrial. A investigação também teve apoio por meio de outros dois projetos (17/04372-0 e 20/15412-6).

Outro autor desse artigo, Chinnery liderou no ano passado um estudo, publicado na revista Science por um grupo do qual Chiaratti fez parte, que revelou um mecanismo celular envolvido na herança de mutações genéticas. De acordo com as descobertas, a transmissão das alterações está ligada a um processo que bloqueia a eliminação de mitocôndrias mutantes e, ao mesmo tempo, aumenta sua quantidade nas células, explicando como as variantes “escapam” da seleção e podem causar doenças