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A deleção do cromossomo 20 causa imunidade contra a doença do príon?

A deleção do cromossomo 20 causa imunidade contra a doença do príon?


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Eu estava lendo recentemente sobre a doença do príon e me chamou a atenção que uma proteína príon normal é codificada no cromossomo 20, portanto, para que uma proteína príon infecciosa ataque, já deve haver proteínas príon normais não aditivadas, isso significa a deleção de o cromossomo 20 na meiose leva à imunidade contra a doença do príon, uma vez que a proteína não é codificada, ou seja, se o ser humano sobreviver sem o cromossomo 20


Eu vejo um relato de uma monossomia autossômica viável,

(https://www.nejm.org/doi/full/10.1056/NEJM196710122771502)

mas, em geral, eles não sobrevivem.

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/4086989 https://www.biology.iupui.edu/biocourses/N100/2k2humancsomaldisorders.html https://www.ncbi.nlm.nih.gov/ pubmed / 29164644

Uma pergunta melhor seria se a pessoa com uma deleção ou nocaute natural desse gene é suscetível à doença do príon. Esses indivíduos provavelmente existem em grande número, embora seja provável que poucos tenham sido expostos a alguma doença de príon em particular.


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    • Autores: Julianne Zedalis, John Eggebrecht
    • Editor / site: OpenStax
    • Título do livro: Biologia para Cursos AP®
    • Data de publicação: 8 de março de 2018
    • Local: Houston, Texas
    • URL do livro: https://openstax.org/books/biology-ap-courses/pages/1-introduction
    • URL da seção: https://openstax.org/books/biology-ap-courses/pages/21-review-questions

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    Progresso e problemas na biologia, diagnóstico e terapêutica das doenças por príons

    Instituto de Neuropatologia, Hospital Universitário de Zurique, Zurique, Suíça.

    Endereço para correspondência: Adriano Aguzzi, Institut für Neuropathologie, UniversitätsSpital Zürich, Schmelzbergstrasse 12, CH-8091 Zurique, Suíça. Telefone: 41-1-255-2107 Fax: 41-1-255-4402 E-mail: [email protected]

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    Endereço para correspondência: Adriano Aguzzi, Institut für Neuropathologie, UniversitätsSpital Zürich, Schmelzbergstrasse 12, CH-8091 Zurique, Suíça. Telefone: 41-1-255-2107 Fax: 41-1-255-4402 E-mail: [email protected]

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    Instituto de Neuropatologia, Hospital Universitário de Zurique, Zurique, Suíça.

    Endereço para correspondência: Adriano Aguzzi, Institut für Neuropathologie, UniversitätsSpital Zürich, Schmelzbergstrasse 12, CH-8091 Zurique, Suíça. Telefone: 41-1-255-2107 Fax: 41-1-255-4402 E-mail: [email protected]

    O termo "príon" foi introduzido por Stanley Prusiner em 1982 para descrever o agente infeccioso atípico que causa encefalopatias espongiformes transmissíveis, um grupo de doenças neurodegenerativas infecciosas que incluem scrapie em ovelhas, doença de Creutzfeldt-Jakob em humanos, doença debilitante crônica em cervídeos e encefalopatia espongiforme bovina em bovinos. Nos últimos vinte anos, a palavra “príon” foi interpretada como significando vários conceitos sutilmente diferentes. Neste artigo, nos referimos ao príon como o princípio transmissível subjacente às doenças do príon, sem necessariamente implicar qualquer identidade bioquímica ou estrutural específica. Quando Prusiner começou seu trabalho seminal, o estudo das encefalopatias espongiformes transmissíveis era realizado por apenas um punhado de cientistas. Desde então, a crise da “vaca louca” colocou as doenças por príons na agenda dos políticos e da mídia. Progresso significativo foi feito na pesquisa da doença do príon, e muitos aspectos da patogênese do príon são agora compreendidos. E, no entanto, os procedimentos de diagnóstico disponíveis para doenças por príons não são tão sensíveis quanto deveriam ser, e nenhuma intervenção terapêutica demonstrou afetar de forma confiável o curso das doenças. Este artigo analisa o progresso recente nas áreas de patogênese, diagnóstico e terapia de doenças por príons e destaca alguns problemas evidentes que ainda precisam ser tratados em cada um desses campos.

    As doenças priônicas, também conhecidas como encefalopatias espongiformes transmissíveis (EET), são doenças neurodegenerativas invariavelmente fatais que afetam um amplo espectro de espécies hospedeiras e surgem por meio de mecanismos genéticos, infecciosos ou esporádicos (Tabela 1). Em humanos, as doenças de príon resultam de modos infecciosos de transmissão (doença variante de Creutzfeldt-Jakob [vCJD], CJD iatrogênica, Kuru), modos de transmissão herdados nos quais há mutação não conservativa da linha germinativa do PRNP estrutura de leitura aberta do gene (CJD familiar, Síndrome de Gerstmann-Sträussler-Scheinker, Insônia familiar fatal) (1, 2) e modos de transmissão que ainda não foram determinados nem compreendidos (CJD esporádica [sCJD]). Os sintomas clínicos associados a cada uma das formas de doença do príon humano variam dramaticamente (2).

    Espectro de doenças priônicas em humanos e animais

    A nomenclatura aplicada à biologia do príon continua a ser complexa e confusa para os não especialistas. Aqui, utilizamos o termo "príon" para denotar o agente causador de doenças por príon, sem implicar em propriedades estruturais associadas. Referimo-nos à proteína príon associada à doença (PrPSc), uma isoforma específica da doença da proteína príon celular codificada pelo hospedeiro (PrP C), que se acumula em indivíduos afetados com a maioria das formas de EET (Figura 1) (3). Embora a PrPSc seja classicamente definida como PrP agregada parcialmente resistente à protease, foi recentemente demonstrado que a PrP C pode sofrer modificações estruturais associadas à doença que não conferem propriedades de resistência inerente à protease (4). À luz disto, é aconselhável que PrPSc seja definido com base em modificações estruturais associadas a doenças, em vez de propriedades de resistência à protease.

    Modelos de conversão de PrP C em PrP Sc. (UMA) O modelo de heterodímero propõe que após a infecção de uma célula hospedeira apropriada, o PrP Sc (laranja) de entrada inicia uma cascata catalítica usando PrP C (azul) ou um intermediário parcialmente desdobrado decorrente de flutuações estocásticas nas conformações de PrP C como um substrato, convertendo-o por uma mudança conformacional em uma nova proteína rica em folhas β. O PrPSc recém-formado (verde-laranja), por sua vez, converterá novas moléculas de PrPSC. (B) O modelo de polimerização nucleada não catalítica propõe que a mudança conformacional de PrP C em PrP Sc é termodinamicamente controlada: a conversão de PrP C em PrP Sc é um processo reversível, mas em equilíbrio favorece fortemente a conformação de PrP C. O PrPSc convertido é estabelecido apenas quando é adicionado a uma semente semelhante a fibrila ou agregado de PrPSc. Uma vez que a semente está presente, a adição de monômero adicional é acelerada.

    As doenças de príon são conceitualmente recentes; os primeiros casos de doença de Creutzfeldt-Jakob foram descritos oito décadas atrás (5, 6), mas a teoria da infecção de príon apenas com proteína foi originalmente formulada em 1967 (7) e posteriormente refinada e o termo "príon" cunhado em 1982 (8). A natureza física precisa do agente príon ainda é objeto de intensa controvérsia científica. O PrPSc pode ou não ser congruente com o agente infeccioso. Resta ser provado formalmente se a unidade infecciosa consiste principalmente ou exclusivamente em: (a) uma subespécie de PrP Sc (b) uma forma intermediária de PrP (PrP *) (9) (c) outras proteínas derivadas do hospedeiro (10) ou (d) compostos não proteicos (que podem incluir glicosaminoglicanos e talvez até ácidos nucleicos) (11). Ainda não sabemos, portanto, se a hipótese do príon está correta em sua totalidade.

    Como acontece com qualquer outra doença, uma compreensão mecanicista completa da patogênese é a melhor base para desenvolver diagnósticos preditivos sensíveis e regimes terapêuticos eficazes.

    O objetivo do presente artigo é discutir alguns aspectos do estado da arte em ciência de príons e seu impacto no diagnóstico de príons, principalmente com relação à doença de príon adquirida perifericamente. A partir de agora, nenhuma terapia causal pode ser oferecida às vítimas da doença de príon. No entanto, estamos testemunhando o surgimento de uma impressionante riqueza de abordagens terapêuticas, algumas das quais certamente merecem ser testadas quanto à sua validade.

    A patogênese do príon é um processo dinâmico que pode ser dividido em fases espacialmente e temporalmente distintas: (a) infecção e replicação periférica (b) transmigração da periferia para o SNC (também chamada de "neuroinvasão") e (c) neurodegeneração. Mas quais são os mecanismos subjacentes à neuroinvasão e quais compartimentos celulares estão envolvidos na replicação e neuroinvasão de príons?

    O tropismo celular de príons varia dramaticamente entre as espécies animais e também depende em parte da cepa particular do agente príon. Por exemplo, os príons são linfotrópicos em scrapie de ovelha e vCJD (12), mas menos em sCJD (13) e encefalopatia espongiforme bovina (BSE). Diferentes cepas de príons podem levar a diferentes rotas de replicação periférica em modelos experimentais de scrapie (14, 15) e, portanto, propriedades codificadas por cepas também podem determinar a rota de replicação periférica. Com relação à patogênese periférica das doenças priônicas, está bem estabelecido que a replicação do agente priônico ocorre em altos títulos em tecidos linfoides, como baço e linfonodos, bem antes da neuroinvasão e subsequente detecção no SNC (16).

    Após o desafio oral, um aumento precoce da infecciosidade do príon é observado no íleo distal de organismos infectados. Isso se aplica a várias espécies, mas foi mais extensivamente investigado em ovelhas, e análises de Western blot e bioensaios mostraram que os patches de Peyer acumulam PrPSc e contêm altos títulos de infectividade de príon. Isso é verdade também no modelo de rato scrapie, onde a administração de príons scrapie adaptados a camundongos (Rocky Mountain Laboratory [RML] cepa) induz um aumento na infecciosidade intestinal do príon logo alguns dias após a inoculação (17, 18). Na verdade, as células imunes estão crucialmente envolvidas no processo de neuroinvasão após a aplicação oral: células dendríticas foliculares maduras (FDCs), localizadas em placas de Peyer, podem ser críticas para a transmissão de tremor epizoótico do trato gastrointestinal (16, 18).

    A resistência a príons de camundongos sem expressão de PrP C, codificada por Prnp (um gene de cópia única localizado no cromossomo 2 em camundongos e 20 em humanos), está bem documentado (19, 20). Embora a função fisiológica precisa da PrP C não seja clara, sua expressão é absolutamente necessária para o transporte do agente infeccioso, tanto dos locais periféricos para o SNC (21) quanto dentro do SNC (22). No entanto, a reconstituição de Prnp Nocaute (Prnp o / o) camundongos com medula óssea WT é insuficiente para restaurar a neuroinvasão em Prnp camundongos o / o (21). Portanto, pode-se argumentar que o compartimento elementar necessário para a neuroinvasão do príon é estromal e deve expressar PrP C. No entanto, em experimentos de transferência adotiva em Prnp o / o camundongos com medula óssea WT, a capacidade do baço de acumular príons da cepa RML é restaurada (21, 23). Isso sugere que as células hematopoéticas transportam os príons do local de entrada para o sistema linforeticular (SRL), que acumula e replica os príons. Linfócitos B (não necessariamente expressando PrP C) são cruciais para a disseminação periférica do príon e neuroinvasão (24 - 26).

    Esta dependência de FDCs na sinalização de linfotoxina (LT) por células B provavelmente pode explicar - pelo menos em parte - a aparente necessidade de células B na patogênese periférica: FDCs foram relatados para acumular PrPSc após infecção por tremor epizoótico (27). De fato, o bloqueio da sinalização de LT por meio da administração de uma proteína de fusão de imunoglobulina do receptor de LTβ dimérico (LTβR-Ig) elimina FDCs maduros e prejudica significativamente a patogênese do príon periférico (28, 29).

    FDCs são células bifuncionais: elas apóiam a formação e manutenção da microarquitetura linfoide, mas também desempenham um papel no aprisionamento de antígenos - capturando complexos imunes pelos receptores Fcγ e ligando antígenos opsonizados aos receptores do complemento CD21 / CD35. Dois estudos demonstraram que o sistema complemento é relevante para a patogênese do príon. Camundongos geneticamente modificados para não ter fatores de complemento (30) ou camundongos sem o componente C3 do complemento (31) exibiram resistência aumentada à inoculação de príon periférico. No entanto, FDCs são provavelmente células imóveis e, portanto, improváveis ​​de serem responsáveis ​​pelo transporte de príons para o SNC.

    Mas exatamente quais tipos de células estão envolvidos na neuroinvasão? O padrão de inervação dos órgãos linfoides é principalmente simpático (32). A simpatectomia retarda o início do tremor epizoótico, enquanto a hiperinervação simpática aumenta a replicação do príon esplênico e a neuroinvasão, o que sugere que a inervação dos órgãos linfoides secundários é a etapa limitante da taxa de neuroinvasão (33). No entanto, não há sinapse física entre FDCs e terminações nervosas simpáticas (34). Então, como os príons podem transmigrar de FDCs para fibras nervosas simpáticas? Uma série de experimentos recentes (discutidos abaixo) pode ajudar a fornecer respostas.

    Investigamos como a distância entre FDCs e nervos esplênicos afeta a velocidade de neuroinvasão, utilizando camundongos deficientes no receptor de quimiocina CXC 5 (CXCR5), que direciona os linfócitos para microcompartimentos específicos (35). Embora a densidade, distribuição e padrões de ramificação dos processos nervosos simpáticos em CXCR5 - / - baços sejam normais, a distância entre FDCs e terminações nervosas é bastante reduzida (36).

    Após a administração periférica de altas doses de príons, a velocidade da patogênese foi semelhante em camundongos CXCR5 - / - e WT, no entanto, a entrega de inóculos menores resultou em um aumento dependente da dose nos períodos de incubação em camundongos WT que não foi evidente em CXCR5 - / - camundongos. A patogênese do príon periférico em camundongos CXCR5 - / - é, portanto, mais eficiente na redução incremental do inóculo.

    Qual é a base deste período de incubação reduzido? As medições cinéticas dos títulos de infecciosidade do príon na medula espinhal torácica forneceram a resposta: após a administração periférica, apenas traços de infecciosidade foram encontrados na medula espinhal WT em 80 dias pós-inoculação (dpi), enquanto a infecciosidade aumentou para níveis mensuráveis ​​na medula espinhal de Mouses CXCR5 - / - já em 60 dpi. Isso sugere que o aumento da velocidade de entrada do príon no SNC em camundongos CXCR5 - / - é devido ao reposicionamento de FDCs perto de arteríolas esplênicas altamente inervadas (Figura 2). Isto foi validado pela descoberta de que os períodos de incubação foram prolongados em camundongos CXCR5 - / - tratados com LTβR-Ig solúvel para esgotar FDCs maduros.

    Posicionamento de FDCs em baços de camundongos WT e CXCR5 - / -. (UMA e B) Representação diagramática dos folículos da polpa branca em camundongos CXCR5 - / - e WT infectados com príon. A imunocoloração anti-CD21 foi realizada para visualizar a microarquitetura do folículo da polpa branca linfóide. (C) FDCs perivasculares atipicamente localizados em folículos linfáticos em camundongos CXCR5 - / -. Os nervos simpáticos, visualizados com anticorpos para tirosina hidroxilase (TH), estão próximos aos FDCs (visualizados por imunocoloração FDC-M1) (D) Barra de escala: 50 mm. Em contraste, os nervos simpáticos em WT FDCs estão localizados em áreas de células B na periferia dos folículos (E e F) As setas indicam as áreas positivas TH e FDC-M1. (G) Os nervos simpáticos que revestem a medula espinhal torácica conectam os órgãos linfóides e o SNC. (H) Redução do período de incubação da doença do príon em camundongos CXCR5 - / - inoculados por via intraperitoneal, em relação aos controles WT.

    Conseqüentemente, as relações topográficas dentro dos órgãos linfoides contribuem para a neuroinvasão do príon. No entanto, permanece para ser determinado se isso resulta da difusão passiva de príons ou se as células móveis (por exemplo, células B do centro germinativo) estão envolvidas em um processo de transporte ativo.

    Este estudo também levanta a possibilidade de que a disseminação da infecção para os nervos periféricos ocorra mais rapidamente quando os FDCs estão em estreita proximidade com os nervos no tecido linfóide que não o baço, como os adesivos de Peyer. Na verdade, FDCs são cruciais para a progressão da doença, mas apenas durante um curto período de tempo após o desafio de scrapie oral (17). Isso implica na eficiência da transferência neuroimune de príons como um determinante primário da neuroinvasão. A detecção de PrPSc em baços de pacientes com sCJD (12) sugere que a interface entre as células do sistema imunológico e os nervos periféricos (a conexão neuroimune) também pode ser relevante na doença esporádica do príon.

    Certamente houve progresso na compreensão dos eventos subjacentes à patogênese do príon periférico e à neuroinvasão (37). No entanto, os príons exercem seus efeitos destrutivos exclusivamente no SNC. A causa precisa da neurodegeneração permanece pouco conhecida e é um ponto de discórdia entre os prionologistas. Parece improvável que PrPSc seja diretamente tóxico, uma vez que o tecido desprovido de PrPSc que subsequentemente acumula PrPSc permanece saudável e livre de patologia (20, 38). Durante o processo de conversão, os níveis de PrP C podem ser reduzidos, mas esta também é uma causa improvável de patologia, uma vez que a ablação de PrP C não resulta em sintomas semelhantes aos do tremor epizoótico (39), mesmo quando ablacionada após o nascimento (40).

    Lindquist e colegas sugeriram um mecanismo que pode ser responsável pela toxicidade associada ao príon: (a) a expressão de uma variante do PrP residente no citosol foi fortemente neurotóxica em células cultivadas e camundongos transgênicos, o que sugere uma estrutura comum para diversos distúrbios neurodegenerativos do PrP (41 ) e (b) PrP, transportado retrogradamente para fora do retículo endoplasmático, produziu agregados amorfos de PrP possuindo resistência parcial à proteinase K no citosol. Uma vez ocorrida a conversão, ela era autossustentável (42). Será interessante saber se a doença gerada nesses camundongos é, de alguma forma, transmissível. No entanto, embora os resultados obtidos aqui sejam certamente intrigantes, deve-se notar que relatórios em outros lugares, embora não refutem essas observações, argumentam contra a contribuição de tais espécies de PrP neurotóxicas em potencial (43, 44). Da mesma forma, foi relatado que PrP C em algumas formas de doença de príon assume uma topologia transmembrana, PrP transmembrana C-terminal (Ctm PrP), e que a extensão da neurotoxicidade é um resultado da concentração de Ctm PrP, argumentando assim que Ctm PrP pode representar uma importante porção tóxica (45, 46). No entanto, embora ainda não entendamos os eventos bioquímicos envolvidos na neurotoxicidade citosólica ou induzida por PrP Ctm, a elucidação disso pode ajudar na identificação muito necessária de alvos terapêuticos. Além disso, a caracterização em profundidade de camundongos transgênicos que expressam PrP C truncada no terminal amino (47), em que ocorre a neurodegeneração cerebelar, pode não apenas auxiliar na elucidação dos eventos moleculares responsáveis ​​por processos neurodegenerativos potencialmente comuns, mas talvez também forneça pistas para o função fisiológica do próprio PrP C.

    A capacidade de garantir o diagnóstico precoce é vital para que as intervenções terapêuticas tenham valor real. Com relação aos animais destinados à cadeia alimentar humana, há a demanda adicional de se determinar a presença do agente príon em tecidos de organismos assintomáticos, bem antes do aparecimento de quaisquer sintomas clínicos. Isso se aplica igualmente à detecção de príons em humanos, que podem participar de programas de doação de tecidos.

    Os príons foram transmitidos por transfusão de sangue em ovelhas usando sangue obtido de animais infectados antes do início dos sintomas clínicos (48, 49). Se a mesma via se aplicar a humanos, isso pode representar um cenário de pesadelo para os serviços de transfusão de sangue (50). Um receptor de transfusão recebeu sangue de um indivíduo portador do agente vCJD 3,5 anos antes do desenvolvimento de qualquer sinal clínico de doença de príon no doador. O infeliz receptor desenvolveu a doença 6,5 ​​anos após a transfusão.

    Para ser verdadeiramente útil, o diagnóstico de príon deve identificar os casos “suspeitos” o mais cedo possível durante a patogênese. No entanto, os métodos atualmente disponíveis são bastante insensíveis quando comparados com aqueles disponíveis para outras doenças infecciosas. PrPSc representa a única macromolécula específica da doença identificada até o momento, e todos os procedimentos de teste comercial aprovados são baseados na detecção imunológica de PrPSc. Enquanto cerca de 50 empresas estão desenvolvendo ensaios de diagnóstico de príons, todos os kits de teste comerciais validados para uso pela União Europeia dependem da remoção proteolítica de PrP C endógeno antes da detecção de PrPSc (Tabela 2). Além disso, o imunoensaio dependente da conformação (4) utiliza a ligação diferencial de anticorpos a PrPSc nativa ou desnaturada.

    Diagnóstico molecular da doença do príon e infecciosidade do príon

    A evasão da etapa de digestão da protease pode, teoricamente, produzir maior sensibilidade dos métodos de detecção baseados em PrP Sc e tornar esses métodos mais receptivos a tecnologias de alto rendimento. No entanto, revelou-se difícil discriminar entre PrP C e PrPSc com anticorpos, apesar de alguns relatos iniciais (51). Curiosamente, motivos de tirosina-tirosina-arginina (YYR) (52) foram considerados mais acessíveis por solvente na isoforma patológica de PrP, e um anticorpo monoclonal dirigido contra esses motivos foi relatado como sendo capaz de detectar seletivamente PrP Sc em uma variedade de plataformas. No entanto, os motivos YYR certamente não são exclusivos das proteínas príon patológicas, e ainda não foi determinado se esse reagente pode realmente melhorar a sensibilidade da detecção de infecções por príon.

    Há muito que se acredita que a deposição de PrPSc em tecidos linfóides de pacientes com doença de príon humano está restrita a vCJD. No entanto, resultados recentes (12) implicam que a PrPSc está presente no baço e no tecido muscular de até um terço dos pacientes com DCJ. Atualmente não está claro se os pacientes com PrP extraneural representam um subconjunto específico de pacientes com DCJ ou se os pacientes negativos extraneurais podem simplesmente depositar PrP Sc no músculo e no baço em níveis que estão abaixo do limiar de detectabilidade do ensaio. Se o último cenário for verdadeiro, e se a sensibilidade do ensaio puder ser aumentada, as biópsias musculares minimamente invasivas podem substituir a biópsia cerebral no diagnóstico clínico de DCJ.

    Enquanto a presença de PrPSc assegura a associação diagnóstica com a presença de doença por príon, PrPSc nem sempre é facilmente detectável em várias formas de doença por príon (53 - 55). A fim de aumentar a segurança do suprimento de sangue e de produtos de origem bovina, a especificidade absoluta para garantir o diagnóstico de doença por príon assintomática pode não ser necessária. Em vez disso, pode ser prudente acomodar menos de 100% de especificidade com um painel de marcadores substitutos capazes de identificar unidades de sangue doadas por indivíduos “suspeitos” em vez de exigir um diagnóstico definitivo. Pode-se imaginar que telas primárias em larga escala acomodem um certo grau de perda de especificidade para identificar amostras a serem testadas novamente em uma tela secundária utilizando critérios mais específicos (e provavelmente trabalhosos).

    Vários esforços de pesquisa têm sido direcionados para a identificação de transcritos e proteínas diferencialmente expressos em tecidos de animais infectados com príons em relação aos controles livres de doenças (56 - 58). No entanto, eles se concentraram principalmente nas linhas de células neurais infectadas com príon ou no tecido do SNC, frequentemente com ênfase na doença em estágio avançado. Idealmente, esses marcadores substitutos devem ser detectáveis ​​(e expressos diferencialmente) em fluidos corporais de fácil acesso, como sangue ou urina. No momento, apenas um gene extraneural foi relatado como diferencialmente expresso durante a infecção por príon (59): os níveis de fator relacionado à diferenciação eritróide (EDRF também conhecido como fator associado a eritróide) foram progressivamente reduzidos no baço de camundongos infectados por príon durante a patogênese e também no sangue de camundongos infectados experimentalmente, bovinos com BSE e ovelhas com scrapie manifestado clinicamente.

    A avaliação dos níveis de marcadores substitutos em indivíduos saudáveis ​​é crucial para definir a faixa normal de expressão (de acordo com idade, sexo, etc.) a fim de determinar o que representa níveis anormais. A este respeito, é importante notar que a determinação da faixa de expressão normal deve utilizar controles apropriados. Por exemplo, foi relatado recentemente que os níveis de transcrição de EDRF mostram uma ampla faixa de variação em sujeitos humanos saudáveis ​​(60). No entanto, uma vez que EDRF é um transcrito específico do eritroide, seria imperativo utilizar outros transcritos eritroides como controles internos para normalizar as variações no número de células circulantes nas quais o transcrito em estudo é expresso em relação ao total de células. Mais pesquisas por marcadores substitutos certamente seriam úteis, e é provável que marcadores substitutos da doença do príon, particularmente se forem detectáveis ​​em fluidos corporais, expandirão o painel de ferramentas disponíveis para a triagem de infecções por príon.

    Também é importante notar aqui que os avanços recentes nas técnicas de neuroimagem, particularmente no que diz respeito à ressonância magnética, podem levar a métodos clinicamente úteis de avaliação da doença de príon em humanos, talvez até mesmo a capacidade de distinguir entre sCJD e vCJD (61). Por exemplo, na vCJD, o sinal pulvinar (um alto sinal de RM em T2 no tálamo posterior) foi sugerido como sendo relativamente específico para a vCJD, estando presente em aproximadamente 75% dos pacientes com vCJD testados (62). Na sCJD, a recuperação de inversão atenuada por fluido e as sequências de ressonância magnética ponderadas por difusão parecem estar associadas a alta sensibilidade e especificidade. Técnicas de imagem por ressonância magnética como essas podem, portanto, representar um método relativamente não invasivo para corroborar a suspeita de apresentação clínica da doença de príon em humanos.

    Embora marcadores substitutos, como S-100, enolase neurônio-específica e proteína 14-3-3 tenham sido sugeridos como potenciais biomarcadores de doença de príon usando fluidos corporais, como líquido cefalorraquidiano (LCR) (63, 64), vale a pena lembrar que estes são marcadores claramente substitutos de doença neurodegenerativa geral e não são, portanto, preditivos para doença de príon humana. Por exemplo, um estudo relatou falsos positivos de detecção de 14-3-3 em amostras de LCR de pacientes com encefalite por herpes simplex, dano cerebral hipóxico, encefalite atípica, metástases intracerebrais de um carcinoma brônquico e encefalopatia metabólica (65).

    Não se deve esquecer que não há consenso final sobre a natureza do príon: o próprio PrPSc pode representar um marcador substituto da doença do príon (66). O verdadeiro padrão ouro do diagnóstico de príon é a detecção da infecciosidade do príon (estando ou não o PrPSc presente). Até recentemente, o único método disponível para testar a infecciosidade do príon era o uso do bioensaio em camundongos, no qual diluições em série do material de teste são inoculadas em camundongos e o início da doença é anotado. No entanto, este procedimento sofre de imprecisão e é limitado pelos requisitos para dezenas de camundongos e períodos de tempo significativos. Recentemente, o uso de linhas de células neurais clonadas altamente suscetíveis forneceu o que parece ser um ensaio que oferece uma redução substancial no custo e no tempo necessário para realizar bioensaios de príons e pode se prestar à automação de alto rendimento (67). Esses ensaios podem avançar nas metodologias que visam a avaliação diagnóstica da presença do agente príon. No entanto, deve-se notar que essas linhas de células são atualmente relatadas apenas como permissivas a príons murinos. É de se esperar que o espectro de cepas de príons que podem ser testadas usando esta tecnologia se expanda.

    Para todas as abordagens promissoras que estão sendo exploradas (Tabela 3), nenhuma terapia para doenças por príons está disponível até o momento. Muitas substâncias parecem possuir propriedades de cura de príon in vitro, incluindo vermelho do Congo (68), anfotericina B, antraciclinas (69), polianions sulfatados (70), porfirinas (71), poliaminas ramificadas (72), quebradores de folha β (73 ), a especiaria curcumina (74) e, recentemente, até mesmo pequenos RNAs interferentes (75). A maioria dessas moléculas exerce seus efeitos biológicos interferindo direta ou indiretamente na conversão de PrPSc em PrPSc, auxiliando assim também na eliminação de PrPSc. No entanto, nenhum desses compostos se mostrou muito eficaz para a terapia real.

    Abordagens para terapia com príons

    Em um relatório recente, resultados obtidos em camundongos levaram à teoria de que a administração de citidil-guanil oligodesoxinucleotídeos (CpG-ODNs), que estimulam o sistema imunológico inato por meio de receptores de sinalização do receptor toll-like 9 (TLR9) em uma variedade de células imunes , pode representar um regime de tratamento aplicável para retardar a doença de príon em humanos (76). Aqui foi mostrado que o período de incubação da doença do prião foi prolongado em ratinhos multidose tratados com CpG-ODNs durante vinte dias. Concluiu-se que a estimulação da imunidade inata é responsável por esse aparente efeito anti-príon, possivelmente por meio da indução de anticorpos anti-PrP. No entanto, isso é difícil de conciliar com vários estudos que indicam que as deficiências imunológicas de vários tipos inibem a patogênese do príon (24, 25, 30, 77). Além disso, a patogênese do príon é desimpedida em camundongos MyD88 - / -, nos quais há sinalização de TLR9 prejudicada (78). Na verdade, o tratamento repetido com CpG-ODN tem efeitos colaterais graves, que vão desde a destruição do folículo linfóide e alteração da classe de anticorpos até o desenvolvimento de ascite, hepatotoxicidade e trombocitopenia (79). Além disso, os anticorpos anti-PrP não são detectáveis ​​em camundongos tratados com CpG-ODN (79). É provável, portanto, que os efeitos anti-príon do tratamento repetido com CpG-ODN surjam via destruição folicular indiscriminada e indesejável.

    Os anticorpos anti-PrP (30) e fragmentos F (ab) para PrP (80, 81) podem suprimir a replicação do prião em células em cultura. No entanto, o sistema imunológico dos mamíferos é essencialmente tolerante à PrP C (82). Ablação de Prnp (39) torna os camundongos altamente suscetíveis à imunização com príons (22). A tolerância pode ser contornada pela expressão transgênica de uma cadeia μ de imunoglobulina contendo a região de interação com o epítopo de um anticorpo monoclonal anti-PrP de alta afinidade. Isso foi suficiente para bloquear a patogênese do príon após a inoculação do príon intraperitoneal (83). A imunização passiva pode ser uma estratégia útil para a profilaxia de doenças de príon, uma vez que foi demonstrado que a transferência passiva de anticorpos monoclonais anti-PrP antes do início dos sintomas clínicos é capaz de atrasar o início da doença de príon em camundongos inoculados por via intraperitoneal (84) . Infelizmente, vários esforços voltados para estratégias de imunização ativa tiveram pouco sucesso devido à robusta tolerância imunológica à PrP C. A esse respeito, é certamente importante notar que extensa apoptose neuronal no hipocampo e cerebelo foi demonstrada após a administração intracraniana de anticorpos monoclonais reativos contra um subconjunto de epítopos PrP (85). As implicações aqui são óbvias, estudos exaustivos de segurança in vivo devem ser realizados antes da utilização de tais estratégias em humanos.

    Existem candidatos sérios para estratégias terapêuticas com príons? Está bem estabelecido que a expressão de duas frações PrP C que diferem sutilmente uma da outra são capazes de inibir a replicação do príon (10). Por exemplo, humanos heterozigotos para um comum PRNP polimorfismo no códon 129 são amplamente protegidos de CJD (86). Embora a base molecular precisa para este efeito não seja clara, é possível que a PrP C heteróloga possa exercer ação inibitória na replicação do príon por sequestro. Isso foi abordado diretamente pela fusão de PrPC a um domínio Fcγ de imunoglobulina (87), permitindo a dimerização do ligante, a expressão da molécula como uma porção solúvel e também, portanto, o aumento da estabilidade geral em fluidos corporais. Expressão transgenética deste PrP-Fc2 a proteína de fusão resultou no prolongamento significativo do período de incubação após a inoculação do prião através da competição com PrPSc. Resta ser estabelecido se PrP-Fc2 está agindo como um composto anti-príon quando administrado exogenamente. Se assim for, os mutantes da proteína do prião solúvel podem muito bem representar os compostos anti-prião.

    As doenças por príons continuam a representar um desafio diagnóstico e terapêutico para médicos e pesquisadores em todo o mundo. Existem muitos aspectos da biologia do príon que permanecem obscuros - ainda não sabemos a natureza física precisa do agente infeccioso, os mecanismos moleculares e bioquímicos subjacentes à neurodegeneração associada, ou a função fisiológica da PrP C. As ferramentas de diagnóstico atualmente disponíveis para doenças por príons são significativamente menos sensíveis e satisfatórias do que aquelas disponíveis para outras doenças infecciosas. Além disso, há uma escassez de estratégias de intervenção terapêutica disponíveis para essas doenças. No entanto, dito isso, a última década ou mais de pesquisa de príons testemunhou avanços surpreendentes em nosso conhecimento e compreensão da biologia básica de príons, e o campo tem atraído um número cada vez maior de pesquisadores de diversas disciplinas. Sem dúvida, essa tendência vai desencadear novos avanços importantes na ciência dos príons.

    Abreviações não padronizadas usadas: encefalopatia espongiforme bovina (BSE) proteína príon celular (PrP C) Doença de Creutzfeldt-Jakob (CJD) PrP transmembrana C-terminal (Ctm PrP) CXC receptor de quimiocina 5 (CXCR5) citidil-guanil oligodeoxinucleotídeo (CpG-ODN) dias após a inoculação dpi) proteína príon associada à doença (PrP Sc) fator relacionado à diferenciação eritróide (EDRF) célula dendrítica folicular (FDC) proteína de fusão de imunoglobulina do receptor LTβ (LTβR-Ig) sistema linforeticular (LRS) nocaute de linfotoxina (LT) Prnp (Prnp o / o) Rocky Mountain Laboratory (RML) doença de Creutzfeldt-Jakob esporádica (sCJD) receptor toll-like 9 (TLR9) encefalopatia espongiforme transmissível (TSE) tirosina-tirosina-arginina (YYR) variante da doença de Creutzfeldt-Jakob (vCJD).

    Conflito de interesses: Os autores declararam que não existe conflito de interesses.


    Neste estudo, usamos a exibição de fago Fab para recuperar anticorpos direcionados a diferentes epítopos de PrP de uma biblioteca de anticorpos humanos sintéticos. Demonstramos que os anticorpos direcionados à parte N-terminal do PrP eram neuroprotetores em um modelo de neurodegeneração induzida por príons. Curiosamente, a mineração de bancos de dados de anticorpos humanos publicados confirmou a presença de tais anticorpos anti-PrP em repertórios ingênuos de células B circulantes de humanos saudáveis. Também encontramos autoanticorpos PrP de alto título dirigidos contra a cauda flexível do PrP no plasma de pacientes hospitalizados não selecionados, sem quaisquer características clínicas de uma doença patológica.

    Nossos dados demonstram a presença de anticorpos anti-PrP inócuos de ocorrência natural em humanos que podem constituir uma fonte potencial para o desenvolvimento de imunoterapêuticos eficazes e seguros para combater doenças por príons.


    Resultados / Discussão

    Identificação de Avr1

    Em uma análise inicial do proteoma da seiva do xilema de tomateiros infectados com Fol race 1 usando eletroforese em gel 2-D e espectrometria de massa, três pequenas proteínas secretadas de Fol foram identificadas além de Avr3 (Six1), denominadas Six2, Six3 e Six4, e seus genes clonados [18]. Agora descobrimos que um deles, Six4, não é secretado pela raça Fol 2 (Fig. 1). Por razões detalhadas abaixo, agora chamamos essa proteína de Avr1. Como o AVR3 (SEIS1) gene, AVR1 está rodeado por elementos repetitivos (Fig. 2A). Em todas as cepas da raça 1 que examinamos, os experimentos de PCR detectaram a presença de AVR1 e nenhum polimorfismo de sequência foi detectado nas regiões de codificação de sete isolados de diferentes linhas clonais (ver [9] para a lista de cepas 17 dessas são de raça 1, 23 são de raça 2 ou 3). AVR1 não foi detectado na raça 2 ou 3 cepas por PCR nem é AVR1 presente na sequência do genoma da raça 2 cepa 4287 (Fusarium oxysporum Sequencing Project Broad Institute de Harvard e MIT (http://www.broad.mit.edu)). Ausência de AVR1 ou genes intimamente relacionados nas cepas de raça 2 e raça 3 usados ​​neste estudo foram confirmados por análise de DNA gel blot (Fig. 2B, pistas 4 e 7, respectivamente).

    As proteínas presentes na seiva do xilema de tomateiros suscetíveis infectados com raça 1 cepa Fol004 (painel esquerdo) ou raça 2 cepa Fol002 (painel direito) foram isoladas e separadas por eletroforese em gel bidimensional. As posições dos marcadores de ponto isoelétrico são indicadas nas posições superiores dos marcadores de peso molecular à esquerda. As setas no painel esquerdo apontam para os dois pontos mostrados anteriormente para conter Avr1 (Six4) [18], as setas no painel direito apontam para as posições correspondentes (vazias). O ponto direito no painel esquerdo provavelmente representa uma forma mais extensivamente processada no terminal N do Avr1 [18].

    A) O AVR1 o quadro de leitura aberto (seta aberta do ORF) é interrompido por um único íntron (caixa preta) [18] (acesso AM234064). A ORF é flanqueada 714 bp a montante por uma cópia do transposon Tfo1 (a seta listrada representa o final do triângulo ORF da transposase representa a repetição invertida), 485 bp a montante por um elemento repetitivo de impala em miniatura parcial (mimp-Δ, o triângulo da caixa cinza representa a repetição invertida) e a jusante por um Fot5elemento repetitivo semelhante (a ORF da transposase termina 541 bp a jusante do AVR1 ORF e é mostrado como uma seta cinza). As pequenas setas denotam os primers usados ​​para construir um AVR1 construção de ruptura e um AVR1 cassete de expressão para transformação em Fol (consulte Materiais e métodos). A inserção de uma resistência à higromicina (higR) cassete para criar um AVR1 mutante nocaute é mostrado (não desenhado em escala). A posição da sonda e os locais de restrição usados ​​para a análise de Southern blot são indicados por H: HindIII, B: BamOI. B) Southern blot confirmando AVR1 ruptura e inserção ectópica de AVR1. Um Southern blot de DNA genômico digerido com HindIII e BamHI foi sondado com uma sonda de 1,4 kb abrangendo o AVR1 ORF e sequências 3 'conforme indicado na Fig. 2A. o AVR1 locus na raça 1, cepa Fol004 (pista 1) é visível como um 1,25 kb Hinbanda dIII contendo o ORF (AVR1) e uma banda de ~ 5 kb contendo as sequências 3 'da ORF (3'). Na corrida 1 avr1Cepa Δ (pista 2), a substituição do ORF com o cassete de ruptura por meio de recombinação homóloga levou à substituição esperada do 1,25 Hinbanda dIII com 1,1 kb BamOI-Hinbanda dIII contendo parte da ORF e parte do cassete de interrupção (AVR1Δ). Transformação do AVR1 cassete de expressão para o avr1Deformação Δ (pista 3) levou ao reaparecimento do AVR1 banda. Raça 2 cepa Fol007 (pista 4) e raça 3 cepa Fol029 (pista 7) não contêm AVR1 (o AVR1 e 3 bandas ′ estão ausentes). Transformação do AVR1 cassete de expressão para essas cepas (faixas 5 e 6: transformantes de raça 2, faixas 8 e 9: transformantes de raça 3) leva ao aparecimento de 1,25 kb HindIII AVR1 banda, bem como 0,56 kb HindIII-BamBanda HI (3 ′ ectópica) que compreende as sequências 3 ′ do AVR1 ORF até o BamSítio HI na extremidade 3 'da cassete de expressão (que não está presente no locus genômico, mas corresponde à extremidade da sonda mostrada na Fig. 2A). Observe que no avr1Cepa Δ (pista 2) a banda de 0,56 kb indicativa de inserção ectópica também está presente, indicando que esta cepa contém uma cópia adicional do cassete de ruptura. As bandas adicionais mais fracas são provavelmente devido a 104 bp de sequência não codificadora do transposon tipo Fot5 presente na extremidade 3 'da sonda (linha grossa próxima à seta cinza na Fig. 2A) - há sete cópias de esta sequência no último lançamento da sequência do genoma da raça 2 cepa 4287 (Fusarium oxysporum Sequencing Project Broad Institute de Harvard e MIT (http://www.broad.mit.edu). Os marcadores de peso molecular são indicados à esquerda (em kb).

    Para testar se AVR1 é de fato responsável pela avirulência de Fol em plantas que carregam o eu gene, criamos um AVR1 knock-out de gene em uma cepa de raça 1 (Fol004) por meio Agrobacterium-transformação mediada (Fig. 2). Para o AVR1 gene, a frequência de recombinação homóloga que leva ao nocaute do gene acabou sendo extremamente baixa, com apenas um único mutante nocaute obtido de ∼200 transformantes (Fig. 2B, faixa 2). Um ensaio de doença com este mutante (avr1Δ) confirmou que de fato a exclusão de AVR1 leva à quebra de euresistência à doença mediada (Fig. 3A, painel A, quantificada na Fig. 3B). Reintrodução de AVR1 no avr1A cepa Δ (Fig. 2B, pista 3) restaurou o fenótipo de avirulência original (resultados não mostrados). Além disso, descobrimos que a resistência a doenças conferida por pessoas não ligadas I-1 gene no tomate também depende do reconhecimento de Avr1, uma vez que o avr1A cepa Δ (mas não sua cepa parental) é virulenta em uma linha de planta que carrega I-1 (linha 90E402F, resultados não mostrados). Isso sugere que eu e I-1 expressar a mesma especificidade de resistência.

    Mudas de tomate com dez dias de idade foram inoculadas com uma suspensão de esporos de fungos e a doença foi avaliada após três semanas. Linhas de tomate carregando apenas um único gene de resistência ou nenhum gene de resistência foram usadas para determinar o efeito de Avr1 na atividade de cada gene de resistência (consulte Materiais e métodos para descrição de linhagens de plantas). Todas as linhagens foram inoculadas com as seguintes cepas de Fol: raça 1 (cepa Fol004), raça 2 (cepa Fol007), raça 3 (cepa Fol029), raça 1 avr1Δ (Fol004 com AVR1 excluído por substituição do gene), raça 2+AVR1 (Fol007 transformado com AVR1 padrões de virulência semelhantes foram obtidos com seis transformantes independentes) e raça 3+AVR1 (Fol029 transformado com AVR1 padrões de virulência semelhantes foram obtidos com quatro transformantes independentes). A) Plantas representativas são mostradas três semanas após a infecção. O painel A mostra que a perda de AVR1 leva à quebra de eu-resistência mediada. Os painéis B e C mostram que o ganho de AVR1 gatilhos eu-resistência mediada. O painel D mostra que a perda de AVR1 leva à perda de virulência em I-2 e I-3- contendo linhas de plantas. Os painéis E e F mostram que o ganho de AVR1 pela raça 2 ou raça 3 leva à virulência em I-2 e I-3- contendo linhas de plantas. B): Quantificação de ensaios de doenças. Os resultados dos ensaios de doença descritos em (A) foram quantificados de duas maneiras: 1) peso médio da planta acima dos cotilédones e 2) pontuação do fenótipo de acordo com um índice de doença que varia de zero (sem doença) a quatro (muito doente ou morto) . As barras de erro indicam o intervalo de confiança de 95% da média. Interações onde Avr1 induz eu-resistência mediada são indicadas com um círculo. Interações onde Avr1 suprime I-2 ou I-3 são indicados com um asterisco. N.I: não infectado.

    Para confirmar que o AVR1 gene é suficiente para desencadear o reconhecimento pelo eu gene, nós transformamos AVR1 a uma cepa de raça 2 (Fol007) e uma cepa de raça 3 (Fol029) que não contêm AVR1 (Fig. 2B, pistas 4-9) e são virulentos em eu- contendo linhas de tomate. Dez transformantes independentes (seis da raça 2 e quatro da raça 3) contendo AVR1 foram incapazes de causar doenças em eucontendo plantas (Fig. 3A, painéis B e C, quantificados na Fig. 3B), confirmando o caráter de avirulência de AVR1. Em contraste com Avr3 [9], Avr1 é dispensável para virulência total para plantas que não contêm R genes contra Fol (resultados não mostrados).

    Avr1 suprime I-2 e I-3- resistência a doenças mediada

    Embora todas as cepas de Fol possuam um intacto AVR3 gene, a maioria das cepas de raça 1, no entanto, causam doenças em plantas que carregam apenas o I-3 gene [9]. Uma explicação para isso é que o próprio Avr1 está envolvido na supressão de I-3 resistência a doenças mediada. Para testar isso, inoculamos uma linha de planta contendo apenas o I-3 gene com o conjunto de cepas de Fol descritas acima. Os resultados mostram claramente que Avr1 realmente tem esta atividade supressora: exclusão de AVR1 na corrida 1 leva à perda de virulência para I-3 plantas (Fig. 3A, painel D, quantificado na Fig. 3B), durante a introdução de AVR1 na corrida 2 ou corrida 3 leva a ganho de virulência para I-3 plantas (Fig. 3A, painéis E e F, quantificados na Fig. 3B). Além disso, descobrimos que Avr1 também suprime I-2resistência a doenças mediada (Fig. 3A, painéis D e E, quantificada na Fig. 3B). Isso significa que a capacidade de algumas cepas da raça 1 de causar doenças em I-2 plantas, como observado anteriormente [10], é provável que seja causado pela supressão de I-2 ao invés de perda de AVR2. De acordo com observações anteriores usando I-3 plantas [9], descobrimos que a virulência devido à supressão de I-2 e I-3 é parcial em comparação com as cepas sem o correspondente AVR gene (Fig. S1). Deve-se notar que nem todas as cepas da raça 1 são virulentas em I-2 e / ou I-3 plantas [9], [10], embora todas contenham AVR1 com sequências idênticas (resultados não mostrados). Aparentemente, a supressão de R A imunidade baseada em genes de Avr1 depende de fatores desconhecidos no histórico genético do fungo. Como a supressão funciona no Fol007 (raça 2) e no Fol029 (raça 3), o fundo genético no qual AVR1 é eficaz não se restringe a cepas de raça 1.

    Possível função do Avr1

    Nossa observação de que Avr1 não é necessário para a virulência de plantas sem eu os genes podem ser devidos à existência de outros efetores redundantes para tal atividade. Alternativamente, a função de Avr1 é restrita à supressão de I-2 e I-3-resistência a doenças mediada. Uma explicação mecanicista para o último papel pode ser que Avr1 interfere diretamente com Avr2 e Avr3. No entanto, pelo menos Avr3 se acumula na seiva do xilema e permanece inalterado na presença de Avr1 [9], [18]. Uma interação direta entre as duas proteínas também não pôde ser demonstrada em vitro por experimentos pull down (resultados não mostrados). Ao contrário das bactérias, os fungos patogênicos não são conhecidos por injetar proteínas diretamente nas células vegetais, mas muitos são conhecidos por secretar proteínas pequenas, freqüentemente ricas em cisteína, mas de outra forma não relacionadas durante a colonização de plantas [5]. Avr1, como Avr3, cai dentro deste grupo, a proteína madura prevista tendo 184 resíduos incluindo 6 cisteínas e sem homologia com outras proteínas [18]. O modo de ação da maioria dessas pequenas proteínas secretadas permanece obscuro. Os alvos moleculares foram descritos para Avr2 e Avr4 a partir do molde de folha Cladosporium fulvum: Avr2 é um inibidor de protease [19], enquanto Avr4 se liga à quitina na parede celular do fungo e a protege contra o ataque de quitinases vegetais [20]. Essas duas proteínas atuam no apoplasto para aumentar a virulência do fungo, mas outras atuam no interior das células vegetais [4]. A captação do apoplasto pelas células vegetais foi mostrada diretamente para ToxA, uma pequena proteína secretada que atua como uma toxina seletiva para o hospedeiro [21]. Isso também pode ocorrer com Avr2, uma vez que I-2 é uma proteína citoplasmática [15]. Avr1, então, pode interferir na absorção de Avr2 e Avr3. Alternativamente, pode ser absorvido por si mesmo e interferir com I-2 e I-3 ou com processos de transdução de sinal a jusante dessas proteínas R (Fig. 4).

    As setas significam ativação, as linhas que terminam em uma barra transversal significam supressão. Avr1 é sinônimo de Six4, Avr3 é sinônimo de Six1.

    Implicações para a evolução do Avr-R interações de genes

    Supressão de acionado por efetor (R imunidade mediada por genes) foi observada em bactérias [3], [22], [23]. Em fungos fitopatogênicos, a supressão da avirulência por loci não ligados foi demonstrada pela genética em fungos de ferrugem [24]. No fungo da ferrugem do linho, dois alelos dominantes ou genes fortemente ligados no eu ("Inibidor") supressão do locus - às vezes parcialmente - qualquer um (M1) ou vários (M1, L1,7,8,10) R genes em 30 contra a ferrugem do linho [24], [25]. O locus do inibidor da ferrugem do linho não está ligado à avirulência. Aqui, relatamos a identificação de um fator de avirulência fúngica que suprime a resistência a doenças conferida por dois R genes.

    Interpretando esse fenômeno em termos de corridas armamentistas moleculares entre as plantas e seus patógenos [1], imaginamos o seguinte cenário. Durante a evolução do patossistema tomate-Fol, I-2 e I-3 evoluíram para reconhecer, respectivamente, Avr2 e Avr3. Uma vez que Avr3 é necessário para a virulência total de Fol, evasão de I-3 reconhecimento por meio da perda do AVR3 gene acarretaria uma séria penalidade de aptidão. Isso explica porque todas as cepas de Fol analisadas até agora mantiveram AVR3 [9], [26]. Mutações pontuais em AVR3 impedindo o reconhecimento também não foram encontrados [9]. Uma possível explicação para isso é que a proteína I-3 opera de acordo com o modelo de guarda, no qual não é reconhecida a própria proteína Avr3, mas o efeito que ela tem em seu alvo de virulência [27]. Em qualquer caso, Fol recuperou (parcialmente) a virulência para I-3- contendo plantas por aquisição de AVR1, que, como mostrado aqui, suprime a função de I-3. Posteriormente, o tomate respondeu a esta "invenção" com o emprego do eu gene, ou o desvinculado I-1 gene, para reconhecer e responder especificamente a Avr1. Pelo visto, eu e I-1 são eles próprios insensíveis ao efeito supressor do Avr1 (Fig. 4).

    A 'corrida armamentista' agrícola entre Fol e tomate é diferente da natural porque é ditada por sucessivas R implantação de genes em cultivares comerciais [8]. o eu gene do parente do tomate selvagem Solanum [Lycopersicon] pimpinelifolium foi o primeiro R gene a ser introgredido em cultivares de tomate para resistir à murcha de Fusarium na década de 1940 [12]. Naquela época, cepas de Fol sem Avr1 já podem estar presentes em alguns locais, uma vez que eu-breaking race 2 cepas foram descobertas rapidamente [28], embora grandes surtos não tenham ocorrido antes de 1960 [29]. o I-2 gene, também de S. pimpinellifolium e dirigido contra Avr2, foi introduzido em cultivares comerciais na década de 1960 para proteger o tomate contra a raça Fol 2 [29], [30]. A combinação de eu e I-2 foi eficaz por cerca de duas décadas até o aparecimento da raça 3 na Austrália e na América do Norte [31], que provavelmente emergiu de um histórico de raça 2 por meio da seleção para perda ou mutação de AVR2. Para combater a corrida 3, o I-3 gene foi introgressado de S. pennellii [31]. A partir dos resultados apresentados aqui, deduzimos que a combinação de eu (ou I-1) e I-3 pode render resistência durável do tomate à doença da murcha de Fusarium do tomate, uma vez que I-3 é dirigido contra um fator de virulência (Avr3) e eu (e I-1) contra o supressor de I-3 (Avr1).

    A caixa de ferramentas molecular que agora está gradualmente sendo preenchida (Avr1, Avr3, I-2) nos ajudará a definir os alvos do hospedeiro e os gargalos evolutivos que governam a corrida armamentista no patossistema Fol-tomate. Também pode permitir o desenvolvimento de novas estratégias para o cultivo de plantas com resistência durável contra patógenos fúngicos.


    Decifrando seu código genético

    (Programa não disponível para streaming.) O que significará quando a maioria de nós pode se dar ao luxo de ter as informações em nosso DNA - todas as seis bilhões de letras químicas dele - lidas, armazenadas e disponíveis para análise? & quotCracking Your Genetic Code & quot revela que estamos à beira de tal revolução. Conheça um paciente com câncer que parece ter enganado a morte e um sofredor de fibrose cística respirando facilmente porque os cientistas foram capazes de localizar e neutralizar as anormalidades genéticas subjacentes às suas condições. Mas quais são os dilemas morais levantados por esta nova tecnologia? Será que nos ajudará ou nos prejudicará saber as doenças que podem estar em nosso futuro? E se essas informações caírem nas mãos de seguradoras, empregadores ou possíveis parceiros? Uma coisa é certa: a nova era da medicina personalizada baseada em genes é relevante para todos, e em breve você escolherá se deseja entrar para a geração do DNA.

    Mais maneiras de assistir

    RACHANDO SEU CÓDIGO GENÉTICO

    PBS Airdate: 28 de março de 2012

    NARRADOR: Este não é um flash drive comum. De uma pequena empresa chamada Knome, ele contém um registro digital completo do código genético de uma pessoa, todos os seis bilhões de letras.

    NATHANIEL PEARSON (Knome, Inc.): Seu D.N.A. é o que o torna único. Ele governou como você cresceu no útero e como você se parece hoje. E, até agora, apenas algumas centenas de pessoas no mundo tiveram a chance de ver todo o seu genoma e tentar entendê-lo.

    NARRADOR: Poucos podiam pagar o custo: US $ 350.000, apenas três anos atrás, mas isso está mudando.

    FRANCIS COLLINS (National Institutes of Health): É quase incrível poder dizer que cada um de nós terá a chance de ter nosso genoma completo sequenciado, por menos de US $ 1.000, nos próximos quatro ou cinco anos, mas é verdade.

    NARRADOR: O resultado pode ser uma revolução na medicina: usar informações genéticas para diagnosticar e curar doenças.

    JOE BEERY (Noah e Alexis Beery & # x27s Pai): Se você voltar e olhar alguns dos filmes caseiros que gravamos e ver Alexis caindo, e olhar para ela agora, você pensa, é inimaginável que ela fosse realmente a mesma criança. Eu realmente acredito que o sequenciamento de todo o genoma realmente salvou a vida de Alexis & # x27.

    NARRADOR: Mas também pode levar a invasões de privacidade em massa e a um atoleiro ético.

    JAY ADELSON (cliente 23andMe): Há muito medo de, digamos, seguradoras ou outros profissionais conseguirem acessar esses dados.

    RUDOLPH TANZI (Hospital Geral de Massachusetts): E então o geneticista da empresa diz: “Ele tem um risco maior de câncer, certo? Apenas não o entreviste, ele nunca saberá. Você quer isso? Porque essa é uma realidade potencial.

    NARRADOR: Milhares de anos atrás, os gregos antigos receberam um conselho famoso: "Conhece-te a ti mesmo". Hoje, quando essas palavras são o lema de uma empresa de biotecnologia, apresentam um novo tipo de desafio. O quão bem você quer se conhecer na era da genômica pessoal?

    A seguir, no NOVA: Cracking Your Genetic Code.

    Daqui a alguns anos, você pode ligar seu tablet para encontrar um relatório de mudança de vida: um relatório sobre seu próprio código genético pessoal, sobre os milhares de genes que explicam as instruções do seu corpo. Decifrados, seus genes revelarão seus riscos de uma doença após a outra, aquelas que você pode contrair e transmitir aos seus filhos.

    Qual será a sensação de ter essas informações? Você pode descobrir mais cedo do que pensa.

    GREGORY STOCK (Autor, Biofísico): Estamos entrando em uma era de autoconhecimento sem precedentes. Estamos realmente começando a compreender os processos de vida que nos constituem, onde podemos começar a intervir para assumir o controle de nosso próprio futuro.

    FRANCIS COLLINS: A genômica nos oferece a oportunidade de olhar, da maneira mais precisa, quais são as causas das doenças e como prevenir e tratar as doenças com essa informação. E temos essa oportunidade, agora, à nossa frente.

    NARRADOR: Este pode ser o seu futuro: um novo tipo de medicina personalizada baseada em seu código genético, que prevê riscos, para que você possa impedir doenças antes que apareçam, se houver uma maneira de impedi-las.

    RUDI TANZI: Mas e se você puder & # x27t? E se você tiver uma mutação genética que diz: não importa como você vive sua vida, não importa quais medicamentos você toma, você pegará essa doença provavelmente antes dos 50 anos de idade.

    CATHERINE ELTON (jornalista): Nem todo mundo pode lidar com testes genéticos. E essa informação afeta a maneira como você vive o resto da sua vida, se você vai pegar uma doença.

    NARRADOR: Mas, embora haja algumas notas sonoras de cautela, a ciência está avançando rapidamente e agora está assumindo desafios médicos antes considerados impossíveis.

    Considere Andrew Schmitz, um menino alegre de cinco anos, que não tem ideia de que sua vida está em jogo.

    PAULA SCHMITZ (Mãe de Andrew Schmitz): Tudo começou com febre alta e dores nas articulações. E então, em julho, ele teve seu primeiro derrame. E então ele fez duas em outubro e uma em novembro que exigiu uma cirurgia no cérebro. E então, seu último, o número cinco, foi há uma semana.

    NARRADOR: Andrew está no centro de um mistério médico. Seus pais consultaram dezenas de especialistas, mas até agora seus sintomas desafiam o diagnóstico. Ele recebe esteróides para acalmar seu sistema imunológico e faz quimioterapia e não faz mais isso. Nada parece funcionar.

    No Children & # x27s Hospital, em Milwaukee, o pediatra Andrew & # x27s, Dr. Sheetal Vora, avalia sua condição e o preço cobrado pelos medicamentos usados ​​para tratá-lo.

    SHEETAL VORA (Children & # x27s Hospital of Wisconsin): Dói, porque estou com essa família desde o início, e vi os altos e baixos e disse a eles a verdade brutal, que você usa todos esses medicamentos, mas eles também podem ter seus efeitos colaterais.

    NARRADOR: Desesperado por um diagnóstico, o Dr. Vora trouxe o geneticista Howard Jacob.

    HOWARD JACOB (Medical College of Wisconsin): No momento, não sabemos qual é a causa de sua doença. É possível que seja ambiental, ou é possível que ele tenha tido algum tipo de infecção. Em geral, porém, outra pessoa deveria ter. Por que mais ninguém o tem na família? E na comunidade? Portanto, uma explicação mais plausível é que é genético.

    Então, se acontecer de cair dentro de um gene ...

    NARRADOR: Se Jacob estiver certo, há uma chance de que a condição de Andrew finalmente possa ser diagnosticada, abrindo a possibilidade de cura.

    HOWARD JACOB: Portanto, faremos tudo o que pudermos para vasculhar seu genoma e ver o que podemos encontrar.

    NARRADOR: Para cumprir essa promessa, Jacob colocará André em um seleto grupo, aqueles que tiveram seus genomas, ou seja, todo o material genético contido em suas células, lido, letra por letra química, seis bilhões, ao todo.

    Para iniciar o processo, uma enfermeira coleta sangue de Andrew & # x27s. No dia seguinte, ele chega à Illumina, uma das várias empresas que lê, ou sequencia, genomas.

    No laboratório, o sangue é processado para extrair seu material genético. À medida que proteínas e gorduras são removidas, fibras delicadas se aglomeram. Esta é D.N.A., molécula mestre de vida & # x27s. Em seguida, o D.N.A. é dividido em fragmentos, tornando mais fácil sequenciar.

    É uma tarefa tão complexa que sequenciar o primeiro genoma humano levou 13 anos, três bilhões de dólares e centenas de cientistas. Quando o primeiro rascunho foi concluído, em 2000, foi saudado como uma das grandes conquistas da humanidade.

    ERIC LANDER (Broad Institute of M.I.T. e Harvard): Estas são todas as instruções que existem, contando todos os truques que as células usam para realmente deixar de ser uma única célula para se tornar um indivíduo adulto. Todas essas receitas são escritas exatamente no mesmo idioma.

    NARRADOR: Uma linguagem cujo alfabeto consiste em quatro substâncias químicas: cada uma conhecida por sua inicial: A, T, C e G. As cordas dessas letras químicas formam cerca de 20.000 genes, em 23 pares de cromossomos. Os genes codificam proteínas, moléculas que fazem a maior parte do trabalho em nossas células e ajudam a construir partes de nosso corpo, dos músculos aos cabelos.

    E, no mundo dos genes e proteínas, a ortografia conta. Se D.N.A. é copiado incorretamente ou danificado, erros de ortografia, conhecidos como variantes ou mutações, aparecem.

    NATHANIEL PEARSON: Agora, quando você muda a grafia de um gene, às vezes muda drasticamente a maneira como uma proteína funciona, e esses são os tipos de mudanças no genoma que realmente observamos quando tentamos rastrear uma doença, quando tentamos descobrir qual variante de grafia no genoma explica, por exemplo, por que essa criança está doente.

    NARRADOR: E é isso que Howard Jacob irá pesquisar. Convencido de que um gene com grafia incorreta está subjacente à condição de Andrew # x27s, ele vasculhará o genoma do menino para encontrá-lo. Mas mesmo que o faça, ainda é uma aposta.

    HOWARD JACOB: As chances são muito altas de que vamos encontrar algo que não há nada que possamos fazer a respeito. E isso & # x27s onde, eu acho, muitas vezes, as pessoas se preocupam, bem, se você não pode mudar isso, por que fazer? E acreditamos que dar uma resposta à família tem mérito para a família, mesmo que não possamos ajudar em seu resultado. E então, aqui, decidimos que é melhor olhar e potencialmente falhar olhando do que não ter olhado e perdido uma oportunidade de sucesso.

    NARRADOR: À medida que os avanços na tecnologia reduzem o custo do D.N.A. sequenciamento, ele se tornará acessível, não apenas para os doentes, mas também para os curiosos. E um punhado de empresas surgiu para atender à demanda. Eles não oferecem sequenciamento de todo o genoma ainda, mais como uma varredura do genoma de classe econômica.

    Uma das mais conhecidas é a start-up do Vale do Silício, 23andMe, cofundada por Anne Wojcicki.

    ANNE WOJCICKI (23andMe): Desde o primeiro dia, quando iniciamos esta empresa, nosso objetivo é: & quotComo tornamos a genética acessível? & Quot E começamos com a tecnologia de genotipagem, porque é uma tecnologia fabulosamente robusta. É incrivelmente confiável e, o mais importante, barato.

    NARRADOR: Os genomas humanos são 99,9 por cento idênticos, mas ao analisar o D.N.A. em sua saliva, 23andMe mostrará um milhão de locais em seus genes onde a grafia às vezes difere entre as pessoas. Essas variantes de uma letra podem predispor você a certas características e doenças.

    Um milhão de letras pode parecer impressionante, mas isso & # x27s muito menos do que um por cento do seu D.N.A.

    JONATHAN ROTHBERG (Inventor do Sequenciamento de Próxima Geração): A genotipagem não é D.N.A. sequenciamento. A genotipagem é idêntica a olhar para 100 palavras em um romance de 600 páginas e acreditar que você sabe tudo sobre Tolstói.

    NARRADOR: A genotipagem pode explicar características estranhas, como por que algumas pessoas acham a couve de Bruxelas amarga, mas quando Jay Adelson quis saber suas chances de contrair o distúrbio cerebral conhecido como doença de Parkinson & # x27s, ele descobriu que os resultados eram muito menos claros.

    JAY ADELSON (cliente 23AandMe): Existe algo chamado calculadora de probabilidades. E aquela calculadora de probabilidades diz que tenho cerca de 60 por cento de chance de contrair a doença de Parkinson & # x27s. E meu pai tem, mas seus pais e avós ... ninguém tinha Parkinson & # x27s. Portanto, embora seja uma característica genética que é transmitida, não significa necessariamente que vou contraí-la. E então, passei muito tempo tentando entender o que isso significava.

    TOM MURRAY (The Hastings Center): Quase todas as evidências que obteremos serão, não difíceis, de determinar fatos sobre nosso futuro, mas serão informações probabilísticas. Isso vai inclinar as chances de uma forma ou de outra.

    ROBERT GREEN (Brigham and Women & # x27s Hospital): E não estamos muito bem preparados, como sociedade, para, de certa forma, negociar esses elementos de risco. E algumas pessoas interpretarão exageradamente esses riscos e correrão e tentarão fazer testes de diagnóstico, ou tentarão obter um teste de vigilância para tentar ajudá-los a interpretar o que essa informação significa ou não significa.

    NARRADOR: Diante de tais preocupações, os críticos argumentam que a informação genética deve vir apenas de um profissional médico. Anne Wojcicki discorda.

    ANNE WOJCICKI: A partir de hoje, somos a única empresa que permite que você vá direto ao site e não exige que você passe por um médico. E, novamente, acho que isso é realmente o cerne da nossa crença de que essa é sua informação genética e algo que é fundamentalmente sobre você e que você deve ter o direito de obter acesso a essa informação.

    NARRADOR: Até o chefe do National Institutes of Health, Francis Collins, decidiu mergulhar no genoma. Ele apresentou seu D.N.A. a três empresas de genotipagem, incluindo a 23andMe.

    FRANCIS COLLINS: Eu estava um pouco cínico sobre, & quot Sim, sim, estes são os primeiros dias, e como posso saber se eles obtiveram os resultados certos? & Quot Mas abrindo aquele site e começando a olhar a lista de coisas onde eu acabou por ser um risco maior do que a média chamou minha atenção.

    NARRADOR: Todas as três empresas concordaram que Collins tinha um risco substancialmente maior de contrair diabetes tipo 2.

    FRANCIS COLLINS: E isso me motivou. Estou 27 libras mais leve hoje do que há dois anos e estou malhando três vezes por semana. E a chance de ter uma pequena previsão sobre seu futuro, por mais imperfeito que seja agora - e é muito imperfeito - ainda pode ser um momento de aprendizado.

    NARRADOR: Mas alguns dos resultados foram contraditórios.

    FRANCIS COLLINS: O câncer de próstata foi o exemplo mais gritante. Uma empresa disse risco acima da média, uma disse sobre a média e a outra disse risco abaixo da média.

    NARRADOR: Então, o que está acontecendo? De acordo com o neurogeneticista Rudy Tanzi, as empresas costumam olhar para diferentes partes dos genes e fazer previsões com base em dados incompletos.

    RUDY TANZI: E mesmo quando temos aquele conjunto completo de genes onde essas variantes aumentam seu risco e essas variantes protegem você, sabendo como elas funcionam juntas ou independentemente para chegar a um número real? Boa sorte.

    E lembre-se, a maioria dessas variantes vai funcionar em conjunto com o seu estilo de vida. Eles não estão garantindo nada. Depende de como você se alimenta, faz seu exercício.

    DAVID ALTSHULER (Broad Institute of M.I.T. e Harvard): Eu sempre me pergunto: é possível que a pessoa que é informada de que não está sob risco faça menos e talvez seja prejudicada?

    RONALD GREEN (Dartmouth College): Oh, eu não tenho um problema cardíaco, geneticamente. Agora vou sair e comer alimentos ricos noite e dia, e assim por diante. Portanto, a informação é sempre difícil de manusear.

    NARRADOR: Um exemplo é um pedaço de informação genética tão potencialmente perturbador que até mesmo um fundador da ciência genética moderna se recusou a correr o risco de encontrá-lo.

    KEVIN DAVIES (Autor, $ 1,000 Genome): James Watson, o homem que co-descobriu a dupla hélice do DNA, uma das primeiras pessoas no mundo a ter seu genoma completamente sequenciado, mesmo antes disso ser feito, ele disse aos cientistas que estavam fazendo o sequenciamento, & quotLá & # x27s um gene sobre o qual não desejo saber nada. & quot

    NARRADOR: Conhecida como ApoE4, no cromossomo 19, ela foi associada ao início tardio de Alzheimer & # x27s, a principal causa de demência em idosos. A variante aumenta o risco de um & # x27s de três a dez vezes.

    RUDI TANZI: Mas o que isso significa? O que significa dizer, & quotVocê tem um risco dez vezes maior em relação a alguém que não & # x27t? & Quot. Você pode então converter isso em um tipo de número de risco de vida absoluto para dizer, & quotAqui & # x27s sua chance percentual de pegar a doença ? & quot Não. Porque você precisa saber quais outros genes funcionam com ApoE. Você precisa entender como o estilo de vida está funcionando junto com a ApoE.

    NARRADOR: Na verdade, muitas pessoas com ApoE4 nunca têm Alzheimer & # x27s, enquanto outras pessoas com a doença não têm a variante.

    ROBERT GREEN: Acho que a verdadeira chave aqui é desiludir as pessoas do mal-entendido de que a genética é totalmente determinística. Em alguns casos raros, existe uma ligação estreita entre uma mutação específica e uma doença, mas a grande maioria das informações genéticas é amplamente probabilística.

    NARRADOR: No entanto, alguns genes falam mais alto do que outros. Embora recebamos duas cópias da maioria dos genes, uma de cada pai, certos genes dominantes conferem uma característica própria. E certos genes de doenças dominantes, embora raros, acabarão por deixá-lo doente.

    Como voluntária para a Huntington & # x27s Disease Society, Katie Moser trabalha com pessoas nesta rara categoria, entre elas Meghan Sullivan.

    Quatro anos atrás, Meghan era uma estudante do ensino médio com tudo pela frente, mas, com a faculdade, surgiu uma série de sintomas de partir o coração.

    MEGHAN SULLIVAN (paciente com doença de Huntington e # x27s): Eu era perfeccionista, mas todas as minhas notas, no meu segundo ano, foram Ds. Eu não tinha ideia do porquê, porque, no ensino médio, desde a 5ª série, eu fiz o quadro de honra todas as vezes.

    NARRADOR: O motivo da queda acentuada das notas, movimentos repentinos e discurso trôpego de Meghan é um fragmento de código genético que se repete muitas vezes em vez de algumas, causando a doença de Huntington & # x27s. A mutação cria uma proteína alongada no cérebro, que é tão tóxica para Meghan quanto para o avô de Katie e # x27s, que também tinha Huntington e # x27s.

    E se ele passasse esse gene para a mãe de Katie e # x27, Katie teria 50 por cento de chance de carregá-lo sozinha. Durante anos, ela se perguntou se deveria fazer o teste.

    RUDY TANZI: No caso de uma mutação genética que garanta a doença, essa é uma decisão muito difícil, porque não há esperança. Se você receber a resposta errada, é uma espécie de sentença de morte.

    KATIE MOSER (Huntington & # x27s Disease Society): Decidi fazer o teste para o gene, porque queria ser capaz de planejar minha vida financeira, física e emocionalmente. Queria saber se algum dia começaria a apresentar sintomas, mas minha família não queria saber.

    NARRADOR: Os testes confirmaram que Katie acabará pegando a doença de Huntington & # x27s, mas saber teve repercussões: encontros que desapareceram parentes que não falaram com ela, já que agora eles devem enfrentar seu próprio status genético.

    "O fardo de saber" é como a jornalista Catherine Elton o chama.

    CATHERINE ELTON: Nesta era de testes genéticos pessoais, não é pessoal. As pessoas existem em famílias e, pela natureza que você testou, você está revelando essas informações a pessoas que podem não querer saber.

    NARRADOR: Elton, ela mesma, foi oferecido um teste para mutações no gene BRCA1, ligado a alta chance de desenvolver câncer de mama ou ovário. Sua mãe, sua avó e sua tia tiveram suas vidas interrompidas por essas doenças. Se Elton tivesse a mutação, ela poderia minimizar seus riscos ou mais removendo seus seios e ovários. Se ela quisesse filhos, ela teria que tê-los antes da cirurgia.

    CATHERINE ELTON: Eu não queria esses resultados. Eu não queria ter isso no fundo da minha mente e talvez me fazer conformar com o cara errado e correr para ter filhos antes de estar pronta. E eu acho que há uma linha muito tênue entre evitar a morte e arruinar sua vida.

    NARRADOR: Mas Elton também pagou por sua decisão. Em 2008, enquanto estava grávida de seu segundo filho, ela foi diagnosticada com câncer de mama. No entanto, apesar da provação da cirurgia e da quimioterapia, e do risco de o câncer voltar, ela se convenceu de que fez a coisa certa ao não fazer o teste aos 20 anos.

    CATHERINE ELTON: Se eu tivesse tomado essas decisões aos 27 anos, não posso nem acreditar no que teria perdido. E, à medida que a tecnologia se torna mais acessível, as pessoas simplesmente pensam: "Bem, é isso que você faz". Mas, por acaso, acredito que alguns dos custos de conhecer nosso destino genético podem superar alguns dos benefícios.

    NARRADOR: Enquanto Catherine Elton vê a informação genética como potencialmente prejudicial, outros vêem sua variante causadora da doença, BRCA1, como uma das primeiras que você pode fazer a respeito, um gene chamado "citacionável".

    LEROY HOOD (Instituto de Biologia de Sistemas): Esses são genes nos quais, se você sabe que o paciente tem uma variante desse gene, de um tipo específico, você pode aconselhá-lo sobre coisas que irão melhorar seu bem-estar.

    NARRADOR: Uma dessas variantes causa coágulos sanguíneos mortais, mas não é necessário, se você evitar longos períodos de imobilidade ou tomar anticoagulantes. Outra variante nos diz que podemos ser vítimas, mesmo na adolescência, de um ataque cardíaco.

    NATHANIEL PEARSON: Como um adulto saudável, se você conhecesse uma dessas variantes e descobrisse que a carrega, como isso mudaria sua vida? Bem, você pode realmente investir em máquinas desfibriladoras para sua casa ou local de trabalho. Você pode realmente mudar seus planos de férias, em termos de se deseja praticar esportes realmente extenuantes ou se chocar pulando na água fria.

    NARRADOR: Até agora, os cientistas encontraram cerca de 200 genes acionáveis, incluindo um que aumenta sua chance de câncer de cólon aos 45 anos.

    LEROY HOOD: Então, o que você pode fazer a respeito? Bem, se você começar as colonoscopias aos 25 anos ou mais, você pode realmente manter as pessoas livres da doença.

    RUDY TANZI: Se você olhar para uma abordagem de medicina personalizada, o mantra é "previsão antecipada, detecção precoce". Você deseja saber pré-sintomaticamente se está com problemas, para que possa iniciar o tratamento para eliminar a doença no estágio inicial, prevenir antes que acerte.

    FRANCIS COLLINS: E se você ficar doente e seu médico tiver que tomar uma decisão sobre como tratá-lo, haverá sinais em seu livro de instruções para dizer: “Não é esse medicamento. Em vez disso, use este. & Quot

    NARRADOR: É claro que a medicina personalizada só funciona se conhecermos a variante do gene responsável por uma doença.

    De volta ao Milwaukee & # x27s Children & # x27s Hospital, a busca pela causa genética da doença de Andrew & # x27s está começando. Seu genoma decodificado chegou da Illumina. O sequenciamento levou 45 dias e custou US $ 7.500.O próximo desafio, e a maior despesa, é descobrir o que tudo isso significa.

    Para encontrar as variantes de Andrew & # x27s, a equipe de Jacob & # x27s comparará seu genoma com milhares de outros, mas principalmente com o genoma de referência sequenciado pelo Projeto Genoma Humano.

    DAVID DIMMOCK (Medical College of Wisconsin and Children & Children & # x27s Hospital of Wisconsin): Portanto, esta aqui é a sequência de referência.

    HOWARD JACOB: E assim o computador & # x27s a primeira passagem, basicamente passa e faz uma pergunta em cada ponto do DNA de Andrew & # x27s: & quotVocê é o mesmo ou diferente da referência? & Quot E quando vemos uma diferença, então fazemos uma pergunta : & quotEssa diferença é significativa? & quot

    NARRADOR: Significativo porque a variante deve ser exclusiva de Andrew e uma possível causa da doença. Mas à medida que a lista de suspeitos diminui de três milhões para alguns milhares, o sucesso se mostra ilusório.

    Enquanto isso, Paula e Mike Schmitz mantêm a vida de Andrew & # x27s o mais normal possível.

    MIKE SCHMITZ (Pai de Andrew Schmitz): Esperávamos que ele progredisse um pouco melhor com sua reabilitação, com sua caminhada. E é difícil viver todos os dias com a ansiedade de não saber o que vem a seguir, sabe? E com Andrew, sempre haverá algo próximo. Mas, há esperança.

    NARRADOR: Uma fonte dessa esperança é outro menino de Wisconsin. Desde os dois anos, Nicholas Volker lutou contra uma doença que causava buracos em seus intestinos. Quando o tratamento após o tratamento falhou, os médicos de Nick & # x27s recorreram a Howard Jacob e aos testes genéticos.

    HOWARD JACOB: Isso & # x27s para o seu aniversário. Vamos abri-lo?

    NARRADOR: Agora, quase dois anos depois, Nick está fazendo uma visita a Jacob.

    HOWARD JACOB: Faça a pergunta, & quotQuantos Ph.D.s são necessários para montar um Lanterna Verde? & Quot

    NARRADOR: Nick é o modelo para o sucesso dessa abordagem. Sua doença foi atribuída a um gene no cromossomo X, chamado XIAP, ligado a distúrbios imunológicos. Uma única letra estava fora do lugar: um G que havia se transformado em A.

    NICHOLAS VOLKER (Paciente de Howard Jacob): Eu quero fazer o tanque.

    HOWARD JACOB: Você quer fazer o tanque?

    HOWARD JACOB: Tive medo de que você dissesse isso.

    Encontramos uma única alteração de letra neste gene, XIAP, que agora era único. Ninguém mais tem a mesma variação que Nick. E isso é significativo, porque significa que a letra é tão importante que qualquer pessoa que tivesse essa variação específica morreria.

    NARRADOR: Esta única variante causou sintomas a Nick & # x27s, mas um transplante, dando a ele um sistema imunológico de um doador, sem o erro de ortografia, parece tê-lo salvado.

    Em Boston, a genômica também está sendo usada na batalha contra doenças mais conhecidas, como fibrose cística ou C.F.

    Michael McCarrick, de 29 anos, conhece em primeira mão sua devastação.

    MICHAEL MCCARRICK (paciente com fibrose cística): Como eu experimentei meu declínio foi meio que ... no início da minha vida, eu praticava muitos esportes e me divertia praticando muitos esportes e, de repente, não conseguia mais correr, mas conseguia caminhar longas distâncias, e agora é como andar, em si, é difícil.

    NARRADOR: Como muitos C.F. pacientes de sua idade, Michael está enfrentando uma doença pulmonar em estágio terminal.

    AHMET ULUER (Children & # x27s Hospital Boston): Onde Michael está agora e o que ele está lidando é a tortura que não gostamos de ver nossos pacientes passarem, a luta pelo próximo fôlego.

    NARRADOR: Michael pode precisar de um transplante de pulmão, mas Uluer espera que uma nova droga baseada em genes o salve. Chamado de Kalydeco, tem como alvo uma mutação encontrada em quatro por cento de C.F. pacientes.

    MICHAEL MCCARRICK: Cada medicamento pode ter um efeito colateral. Mas espero que este seja livre e claro, porque quem precisa de um problema extra? Então, espero que seja uma bala mágica.

    NARRADOR: O desenvolvimento de um medicamento para fibrose cística é especialmente gratificante para Francis Collins. Décadas atrás, Collins e uma equipe de cientistas, usando tecnologia rudimentar, começaram a encontrar o defeito genético por trás da doença.

    FRANCIS COLLINS: Nos anos 1980, era como procurar uma agulha no palheiro, no escuro, com luvas grossas. E um dia, na primavera de 1989, surgiram dados mostrando que indivíduos com fibrose cística estavam faltando apenas três letras desse código.

    NARRADOR: Ou seja, apenas três letras de cada cópia de um gene chamado CFTR no cromossomo 7. Como a mutação é recessiva, apenas aqueles que herdam uma cópia de ambos os pais contraem a doença.

    Embora agora saibamos que 1.800 mutações diferentes neste gene podem causar C.F., a equipe de Collin e # x27s encontrou a principal, realmente sua agulha no palheiro.

    FRANCIS COLLINS: Quando isso foi anunciado, em agosto de 1989, a emoção era palpável. E acho que muitos de nós pensamos que talvez este seja o lançamento de um esforço terapêutico que poderia acontecer muito rapidamente.

    NARRADOR: Na realidade, um avanço clínico levaria mais 20 anos de pesquisa e centenas de milhões de dólares.

    Alguns dos trabalhos de maior sucesso foram realizados na Vertex Pharmaceuticals, em San Diego, onde cientistas estão tentando consertar a proteína defeituosa produzida pelo C.F. gene.

    A proteína normal cria uma abertura para os sais se moverem através das membranas celulares, mantendo-os úmidos o suficiente para que os pêlos minúsculos chamados cílios batam e removam o muco.

    FREDRICK VAN GOOR (Vertex Pharmaceuticals Incorporated): Na C.F., os cílios não são capazes de eliminar as bactérias e o muco, o que leva à infecção crônica. Portanto, o primeiro desafio foi encontrar moléculas que ajudassem a proteína a funcionar melhor.

    NARRADOR: Baseando-se em uma vasta biblioteca química, a equipe de pesquisa empregou um pequeno exército de robôs para testar 600.000 compostos em células retiradas de C.F. pacientes. Até o momento, dois medicamentos se mostraram mais promissores: o Kalydeco. Quando testado em C.F. células, ajudou a função da proteína, permitindo que sais e fluidos fluam através das membranas. Van Goor pôde observar o resultado: os cílios batendo, eliminando o muco, enquanto as células não tratadas definharam.

    FREDRICK VAN GOOR: Foi um momento emocionante, em que realmente sentimos que estamos no caminho certo, projetando medicamentos para corrigir um problema específico em uma proteína causado por uma mutação.

    NARRADOR: Se Kalydeco funcionará para Michael McCarrick, cujos pulmões estão gravemente danificados, não está claro. Mas os pacientes mais jovens, como Paul Glynn, estão vendo um mundo de diferença.

    PAUL GLYNN (paciente com fibrose cística): É muito mais fácil, & # x27porque não estou tossindo e consigo respirar com mais facilidade. E então meu peso, está subindo.

    NARRADOR: Desde que começou a tomar a droga, Paul ganhou 5 quilos, o suficiente para entrar no time de futebol local. Para ele, a esperança é que C.F. se tornará uma doença controlável e as visitas regulares ao hospital uma coisa do passado, o que pode até tornar o medicamento mais econômico, apesar de seu preço: até US $ 294.000 por ano.

    Enquanto isso, em Boston, no Massachusetts General Hospital, os médicos estão usando novos medicamentos baseados em genes para atacar a doença mais comum do genoma: o câncer.

    Tom Garpestad é um empreiteiro de construção de 50 anos. Ele ficou surpreso ao saber que tinha um câncer de pele chamado melanoma.

    TOM GARPESTAD (paciente com melanoma): O melanoma é o câncer que não age como câncer. Não tive sintomas, nem perda de peso, nem suores noturnos. Eu me sentia perfeitamente bem, até o ponto em que meu pescoço começou a me incomodar.

    NARRADOR: As varreduras revelaram que o câncer se espalhou de sua pele para o pescoço, pulmões e fígado.

    KEITH FLAHERTY (Hospital Geral de Massachusetts): Pacientes com melanoma que se espalhou para outras partes do corpo a partir do local primário da pele têm, desde o momento do diagnóstico inicial, geralmente um ano ou menos. Tom já tinha melanoma metastático há tempo suficiente para que, ao entrar pela porta de nossa clínica, diminuísse para um ou dois meses.

    TOM GARPESTAD: Conversei com meu irmão, que é médico, e ele começou a me contar como é grave o melanoma. Você sabe, a expectativa de vida média de alguém com melanoma metastático é de nove meses.

    TODD ​​GOLUB (Broad Institute of M.I.T. e Harvard): Os laboratórios de pesquisa não estavam nem trabalhando tanto nisso, porque parecia ser completamente intratável, nada funcionaria. E tudo isso mudou, quase da noite para o dia, com o sequenciamento do genoma do melanoma.

    ERIC LANDER: A ideia de sequenciar um câncer ... é tão grande quanto o genoma humano. Cada célula cancerosa possui um genoma humano inteiro, apenas com mutações de várias maneiras. E a genômica disse a todos nós que havia uma mutação em muitos melanomas, em um gene específico que atende pelo nome engraçado, BRAF. E isso levou à ideia de que, se você pudesse inibir esse BRAF, seria capaz de interromper os melanomas.

    NARRADOR: Felizmente para Tom, o sequenciamento do gene revelou que ele tinha a mutação BRAF. Ele agora poderia participar de um ensaio clínico de uma nova droga projetada para neutralizar seus efeitos.

    TOM GARPESTAD: O câncer estava ficando muito agressivo. E então eles me começaram com o medicamento BRAF e, em uma semana, eu podia sentir os tumores diminuindo.

    NARRADOR: A mutação BRAF resulta em uma proteína defeituosa que sinaliza às células para se dividirem de forma incontrolável. A droga se liga a essa proteína, interrompendo o sinal e o câncer. Ao contrário dos medicamentos de quimioterapia, este mata apenas células cancerosas, nada mais.

    PETs de pacientes revelam tumores que antes crivavam os corpos, encolhendo ou desaparecendo em semanas.

    KEITH FLAHERTY: Tínhamos uma situação em uma doença que nunca respondia à terapia em mais de 90% das vezes. Ter essa reviravolta e ter mais de 90% do tempo em que o tratamento funcionou, isso era quando sabíamos que havíamos cruzado completamente para um território desconhecido.

    NARRADOR: Apenas dois meses depois de mentir, quase morto, no hospital, Tom estava de volta à sua antiga vida.

    TOM GARPESTAD: Pessoas próximas a mim, me vendo de volta ao trabalho, simplesmente saindo e fazendo as coisas de novo? Foi fantástico. Eu estava sempre pensando: & quotOi, quão doente eu estava há dois meses? Olhe para mim agora. & Quot

    NARRADOR: Mas isso não significa que a guerra acabou. Para consternação de Keith Flaherty & # x27s, os exames mostram o retorno do melanoma em muitos pacientes. As células cancerosas, como vírus e bactérias, podem evoluir para resistir a drogas, mesmo aquelas que têm como alvo genes. Mas agora, a capacidade de comparar os genomas do câncer antes e depois do tratamento está permitindo aos cientistas ver como a resistência se desenvolve.

    ERIC LANDER: O objetivo é usar o próprio genoma do câncer para nos dizer como derrotar o câncer, nos dizer o que há de errado em um câncer e onde devemos atacá-lo, nos dizer como ele está se tornando resistente e como podemos bloqueá-lo.

    NARRADOR: Com a resistência, novas mutações surgem em tumores de melanoma e, mais uma vez, proteínas defeituosas acendem o câncer.

    Então, agora, Tom está tomando uma segunda droga, que tem como alvo uma mutação ligada a essas recidivas.

    Oito meses após o início do tratamento, ele aguarda o resultado de uma nova série de exames.

    DONALD LAWRENCE (Hospital Geral de Massachusetts): As varreduras mostram algum recrescimento, mas apenas em uma área limitada. Em todas as outras áreas onde vimos sinais antes, as coisas parecem ótimas.

    NARRADOR: Depois, Tom recebe a notícia.

    TOM GARPESTAD: Eu provavelmente não estaria vivo agora, sabe? Então, quero dizer, eu levarei, eu levarei oito meses. Você sabe, quero dizer, ainda é uma droga milagrosa, eu acho.

    NARRADOR: No momento, pacientes como Tom estão obtendo entre dois e 18 meses extras de vida com qualidade com o novo tratamento. Mas a genômica também está ajudando aqueles para os quais não existem drogas direcionadas.

    Milhares de pacientes com câncer de mama estão fazendo um teste genético, que lhes diz o quão agressivo é seu câncer e se elas precisam de quimioterapia ou se podem ignorá-la com segurança.

    A esperança é que, estudando os genes do câncer, possamos criar um coquetel de drogas como as usadas para tratar a tuberculose ou H.I.V., para curar cânceres ou mantê-los sob controle.

    TODD ​​GOLUB: A grande diferença, porém, é que agora, realmente pela primeira vez, podemos pensar nas combinações certas de drogas, com base no genoma, com base na ciência do que está acontecendo dentro da célula cancerosa.

    ERIC LANDER: Este não é um projeto para a minha vida, este é um projeto para meus filhos, este é um projeto, em última análise, para os filhos deles. Mas se, no decorrer deste século, tivermos um mapa completo do que um câncer sabe fazer, isso será um avanço impressionante na medicina.

    NARRADOR: Outro avanço extraordinário seria eliminar as doenças hereditárias antes do nascimento.

    Já estamos dando os primeiros passos: fertilizando um óvulo e produzindo um embrião de oito células, você pode arrancar uma dessas células e analisar seus genes. Em seguida, você pode rastrear esse embrião para uma série de doenças, usando uma técnica chamada & quotdiagnóstico genético pré-implantação, & quot ou P.D.G.

    MARK HUGHES (Genesis Genetics Institute): Quando começamos a usar essa tecnologia, acho que nossa maior preocupação era, & quotAren & # x27t vamos criar algum tipo de defeito de nascença que talvez seja ainda pior do que a doença que estamos tentando evitar? & Quot E o que aprendemos foi que o embrião não parece se importar.

    NARRADOR: No Genesis Genetics Institute, Mark Hughes e sua equipe estão usando o P.G.D. para testar embriões quanto a mutações que podem dar origem a mais de 300 doenças, incluindo Huntington & # x27s e fibrose cística.

    Apenas embriões livres de certas mutações são implantados na mãe.

    MARK HUGHES: Portanto, este é o gene mutante, e temos o gene normal aqui.

    Dezenas de milhares de bebês saudáveis ​​nasceram de casais que, de outra forma, teriam medo de ter filhos, porque a doença que corriam o risco de dar aos filhos era muito grave.

    NARRADOR: P.G.D. também pode ser usado para testar traços como gênero, levando os eticistas a perguntar se bebês projetados estão em nosso futuro.

    RONALD GREEN (Dartmouth College): Acho que veremos pessoas usando genética para selecionar características. Algumas delas serão relativamente benignas: & quotQuero um filho com esta cor de cabelo ou olhos. & Quot

    ESTOQUE DE GREGORY: Quanto a onde nossa capacidade de realmente intervir em nossos próprios processos de vida vai realmente nos levar, simplesmente não sabemos. E essa é a promessa e essa é a ameaça deste período.

    NARRADOR: Alguns temem P.G.D. poderia até levar a um novo tipo de eugenia e ao tipo de elite genética retratada no filme GATTACA.

    DOUTOR (GATTACA Film Clip): Seus óvulos extraídos, Marie, foram fertilizados com esperma de Antonio & # x27s. Após a triagem, ficamos com dois meninos saudáveis ​​e duas meninas muito saudáveis. Tomei a liberdade de erradicar quaisquer condições prejudiciais: calvície prematura, miopia, alcoolismo e suscetibilidade a vícios, propensão para a violência, obesidade, etc.

    NARRADOR: Felizmente, os traços que uma elite genética desejaria - inteligência, capacidade física e até altura - são tão complexos que os cientistas nos garantem que não os selecionaremos em embriões tão cedo.

    ERIC LANDER: Tentando prever a altura, bem, já sabemos que há pelo menos 180 genes envolvidos na altura, e cada um contribui um pouco. Não vai ser fácil pegar um embrião e escolher quais desses 180 estão em quais dessas formas. Você quer muito, muito, muito ter uma pessoa alta, vá se casar com um cônjuge alto. É apenas mais eficiente.

    NARRADOR: Mesmo assim, GATTACA levanta preocupações reais.

    RONALD GREEN: Uma das implicações negativas desse novo conhecimento genético é que começaremos a pensar em nós mesmos mais em termos genéticos do que antes. Eu quero namorar aquele indivíduo? Qual é a genética dela? Sempre houve uma tendência de se engajar na genética determinística, e acho que os cientistas, médicos e educadores devem deixar bem claros os limites desse ponto de vista.

    PATRICIA WILLIAMS (Universidade de Columbia): Somos profundamente afetados pelo tipo de comida que comemos, o ar que respiramos, pelo tipo de boa ou má sorte que molda nossas vidas, como educação e dinheiro, e pelo verdadeiro romance de simplesmente nos apaixonarmos por um parceiro improvável . Estreitamos nossa visão se nos concentrarmos ou fetichizarmos a genética.

    NARRADOR: Mas, à medida que o custo de um genoma sequenciado cai, as novas gerações podem não chegar muito longe no mundo sem ele.

    JONATHAN ROTHBERG: E eu imagino o dia em que toda criança nasce, eles picam o calcanhar daquela criança e aquele D.N.A. dessa criança é decodificado logo no nascimento.

    NARRADOR: Para os gêmeos Noah e Alexis Beery, de 14 anos, o sequenciamento no nascimento poderia ter feito uma diferença enorme. Hoje, é difícil imaginar que, apenas dois anos atrás, Alexis estava lutando por sua vida.

    ALEXIS BEERY: A única memória realmente vívida que tenho disso é simplesmente ... simples como ver luzes vermelhas, azuis e brancas piscando em todos os lugares. Esse é definitivamente um dos meus pesadelos número um que ainda tenho.

    JOE BEERY: Depois que Alexis e Noah nasceram, eles não alcançaram nenhum de seus marcos. Eles não rastejaram na hora certa, não andaram na hora certa. E sabíamos, muito cedo, que algo não estava certo.

    NARRADOR: Os gêmeos foram diagnosticados com paralisia cerebral. Então, aos cinco anos, Alexis piorou.

    RETTA BEERY (Noah e Alexis Beery e mãe # x27s): Ela começou a perder cada vez mais a capacidade de andar durante o dia. Ela começou a perder a capacidade de se sentar por volta das 10:30, 11:00 da manhã. Ela não conseguia mais engolir a essa altura. E então, isso não é indicativo de paralisia cerebral.

    NARRADOR: Retta começou a fazer pesquisas. Um dia, ela se deparou com uma condição rara que simula a paralisia cerebral, uma condição que poderia ser tratada com a dopamina, uma substância química cerebral. A dopamina é crucial para nossos corpos e # x27 capacidade de se mover.

    E na manhã seguinte a Alexis a pegou, ela acordou para um novo mundo.

    JOE BEERY: Ela estava andando, ela estava falando, ela estava usando os braços, ela estava assobiando.

    NARRADOR: Noah também respondeu. Mesmo assim, os gêmeos ainda tinham problemas de saúde, especialmente Alexis.

    RETTA BEERY: Na verdade, quase a perdemos em algumas ocasiões.Tínhamos paramédicos entrando em nossa casa, tentando fazer com que ela respirasse, e estávamos de volta àquele mundo de desconhecidos.

    NARRADOR: Até que Joe pediu ajuda a seu novo empregador, uma empresa de biotecnologia, para sequenciar os genomas dos gêmeos e # x27.

    JOE BEERY: Descobrimos, por meio de sequenciamento, que havia um segundo problema associado a uma mutação rara que eles tinham.

    NARRADOR: A mutação estava suprimindo mais uma substância química cerebral. Outra droga também resolveu o problema.

    JOE BEERY: O sequenciamento do genoma inteiro realmente salvou a vida de Noah e Alexis. Se isso tivesse acontecido no nascimento, teríamos 15 anos a menos de dor e sofrimento e provavelmente milhões de dólares de custo.

    NARRADOR: No entanto, o sequenciamento no nascimento pode ter seu lado negativo.

    RONALD GREEN: Uma das minhas preocupações é que o teste de crianças levanta muitas questões, incluindo a estigmatização. & quotOh, não vou deixar Mary jogar futebol, porque ela & # x27s tem esse risco cardíaco. & quot; Portanto, temos um problema de invasão da privacidade da criança & # x27s.

    NARRADOR: E quanto à sua privacidade? E se uma empresa solicitar o uso do seu D.N.A. para pesquisa, prometendo que você permanecerá anônimo.

    PATRICIA WILLIAMS: Agora a questão é se essas informações anônimas são realmente anônimas, só porque eles tiram seu nome e seu número de seguro social. Em algum momento no futuro, pode ser que você não precise de um número de previdência social, que você não precise fornecer seu nome, porque suas informações genéticas irão revelá-lo com tanta precisão que nós teremos que desenvolver um todo nova definição do que entendemos por anonimato.

    NARRADOR: E se o seu D.N.A. revela que você está sob risco aumentado de uma doença incurável, digamos, Alzheimer & # x27s?

    TOM MURRAY: Uma empresa que vende seguro de cuidados de longo prazo pode perguntar a você sobre isso? E eles podem usar esse resultado para afetar seus prêmios ou até mesmo negar-lhe o seguro, inteiramente porque você é uma aposta tão ruim?

    NARRADOR: Na maioria dos estados, a lei já permite que as seguradoras de cuidados de longo prazo, invalidez e vida discriminem com base na genética.

    RUDI TANZI: Eu não faria uma única base do meu D.N.A. sequência disponível publicamente, em um milhão de anos. Há muito risco. Você não sabe o que vai acontecer no futuro com o seguro. E pense em sua empresa entrando em colapso, e agora você precisa conseguir um novo emprego. E, sim, os empregadores não podem discriminar, mas eles descobrem na sua página do Facebook, em D.N.A., clique em: há a sequência.

    NARRADOR: Onde quer que você vá, você deixa um rastro de resíduos genéticos: ao cortar o cabelo, faça uma refeição em um restaurante.

    Um crime que antes parecia ficção científica tornou-se possível com o barato e rápido D.N.A. sequenciamento.

    RONALD GREEN: Isso foi chamado de "hacking genômico". Isso será assustador. Será usado para impugnar pessoas. Alguém dizendo que ele não deveria ou não deveria ser candidato à presidência, porque ela tem o gene da depressão. Se alguém quiser acessar seu genoma para propósitos pessoais e românticos, por razões econômicas, por razões políticas ... no futuro, se eles quiserem, eles irão atrás.

    NARRADOR: No entanto, quando a doença surge, a privacidade pode parecer uma preocupação distante e a genômica sua melhor esperança.

    Em Milwaukee, após meses de pesquisa no genoma de Andrew # x27, finalmente, houve uma descoberta.

    HOWARD JACOB: Esta é uma lista de genes que retiramos. Então, ontem, ao meio-dia, recebi um e-mail da Liz dizendo: & quotEu encontrei um gene muito interessante. & Quot.

    ELIZABETH DIGNO: Ele & # x27s tem dois códigos de proteína….

    NARRADOR: A geneticista Elizabeth Worthey encontrou algo incomum no genoma de Andrew & # x27s.

    HOWARD JACOB: Existem & # x27s duas variantes raras, uma que & # x27s nunca foi vista antes e outra que & # x27s só foi vista uma vez, pelo que sabemos.

    A próxima pergunta, então, é: & quotSerá que este gene poderia explicar parte das características clínicas de Andrew & # x27s? & Quot E, neste caso, a resposta & # x27s sim.

    ELIZABETH WORTHEY: Mutações neste gene foram associadas à suscetibilidade a infecções virais recorrentes, que ele tinha.

    HOWARD JACOB: Vou lhe dizer que é aqui que ficamos animados como cientistas e nervosos, então, como cientistas, porque você acha que encontrou. Há uma grande diferença entre pensar que você & # x27o encontrou e & quotNós & # x27o provamos. & Quot

    NARRADOR: Na verdade, o gene suspeito logo é descartado, e a família descobre que a busca deve continuar.

    HOWARD JACOB: Portanto, não se preocupe, até que lhe digamos que paramos de procurar, não paramos de olhar.

    PAULA SCHMITZ: Bem, nós realmente apreciamos isso.

    NARRADOR: Em um campo, esse novo sucesso e fracasso se misturam continuamente.

    No caso de Michael McCarrick & # x27s, a droga que visava sua mutação na fibrose cística ajudou, mas seus pulmões já estavam tão danificados que ele morreu esperando por um transplante.

    No entanto, Paul Glynn, que costumava passar parte de cada outono no hospital, está mais saudável do que nunca.

    Tom Garpestad está em uma espécie de limbo, com alguns tumores diminuindo, outros crescendo.

    Quanto aos gêmeos Beery, seu único arrependimento é não terem sido sequenciados antes.

    FRANCIS COLLINS: Temos focado muito de nossas energias no tratamento de pessoas com doenças, geralmente doenças avançadas, e muito menos esforço em tentar prevenir essa doença em primeiro lugar. Se vamos mudar para a prevenção, a sequência do seu genoma pode ser uma das ferramentas mais críticas que você pode imaginar.

    NARRADOR: Como podemos equilibrar os riscos e benefícios desta ferramenta crítica? Em breve, isso será uma questão para todos nós, à medida que aceitarmos o antigo desafio, "Conhece-te a ti mesmo", na era do genoma.

    RACHANDO SEU CÓDIGO GENÉTICO

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    O genoma de US $ 1.000: a revolução no sequenciamento de DNA e a nova era da medicina personalizada
    Por Kevin Davies. Free Press, 2010.


    Fagos e seu potencial para modular o microbioma e a imunidade

    Bacteriófagos (por isso chamados de fagos) são vírus que têm como alvo as bactérias e há muito tempo são considerados como potenciais tratamentos futuros contra infecções bacterianas resistentes a antibióticos. No entanto, a natureza molecular das interações de fago com bactérias e o hospedeiro humano permaneceu indescritível por décadas, limitando sua aplicação terapêutica. Embora muitos fagos e seus repertórios funcionais permaneçam desconhecidos, o advento do sequenciamento de próxima geração tem permitido cada vez mais aos pesquisadores decodificar novos mecanismos líticos e lisogênicos pelos quais eles atacam e destroem bactérias. Além disso, a última década testemunhou um interesse renovado na utilização de fagos como vetores terapêuticos e como um meio de direcionar bactérias patogênicas ou comensais ou induzir imunomodulação. É importante ressaltar que a estreita faixa de hospedeiros, o imenso repertório antibacteriano e a facilidade de manipulação de fagos podem potencialmente permitir seu uso como moduladores direcionados de membros patogênicos, comensais e patobiontes do microbioma, impactando assim a fisiologia e a imunidade dos mamíferos ao longo das superfícies mucosas na saúde e no microbioma -doenças associadas. Nesta revisão, pretendemos destacar os avanços recentes na biologia do fago e como uma compreensão mecanicista das interações fago-bactéria-hospedeiro pode facilitar o desenvolvimento de novas terapêuticas baseadas em fago. Nós fornecemos uma visão geral dos desafios do uso terapêutico de fagos e como eles podem ser tratados para uso futuro de fagos como moduladores específicos do microbioma humano em uma variedade de doenças humanas infecciosas e não transmissíveis.


    Ritmos circadianos no sistema cardiovascular

    As complicações cardiovasculares têm maior incidência pela manhã. Muitos estudos diferentes conectaram o relógio com a função cardiovascular, incluindo a variação diária da pressão arterial e até mesmo a resposta à aspirina [82, 145, 146]. Alguns estudos sugerem que o direcionamento farmacológico de REV-ERB diminui a carga da placa aterosclerótica em camundongos [147]. Por outro lado, outros estudos sugerem que a exclusão de Bmal1 em células mieloides aumento do recrutamento de monócitos e tamanho da lesão aterosclerose [148]. Um estudo recente lançou luz sobre um mecanismo que pode contribuir para esse fenômeno. A aderência das células mieloides aos leitos microvasculares atinge o pico durante a fase ativa inicial, que parece ser uma consequência do recrutamento de células mielóides para lesões ateroscleróticas 12 horas antes [57]. Winter et al. [57] mostraram que tanto a regulação positiva das moléculas de adesão celular durante a fase ativa pelas células endoteliais quanto a presença de quimiocinas imobilizadas (emitidas por células endoteliais ou células mieloides) nos vasos arteriais atraem leucócitos para lesões ateroscleróticas. Assim, a quimiocina CCL2 (C-C motif quimiocina ligante 2) e seu receptor CCR2 (C-C motif quimiocina receptor 2) estão no centro deste padrão diário de migração de leucócitos e adesão às lesões. É importante notar que os autores descobriram que a neutralização farmacológica cronometrada do CCR2 causou a inibição da aterosclerose sem perturbar o recrutamento microvascular, fornecendo um esquema de tratamento de prova de princípio para a intervenção crono-farmacológica na aterosclerose (Fig. 3).

    Perda de Bmal1 resulta em uma aceleração do envelhecimento e um encurtamento do tempo de vida em camundongos [84]. O sistema cardiovascular está entre os sistemas afetados pelo envelhecimento, com Bmal1 - / - camundongos com predisposição a desenvolver aterosclerose. Usando um nocaute induzível (iKO), Yang et al. [149] testaram se esses fenótipos relacionados à idade permaneceram se os ratos perderam BMAL1 quando adultos. Eles descobriram que ambos Bmal1 Os modelos - / - e iKO exibem marcadores consistentes com envelhecimento acelerado (anormalidades oculares e astrogliose cerebral), perturbação comportamental e desregulação transcricional. Isso é consistente com o fato de que a ablação condicional do relógio pancreático ainda causa diabetes mellitus [99]. No entanto, alguns outros biomarcadores de envelhecimento, incluindo morte prematura em Bmal1 - / - camundongos, não foram replicados nos iKOs [149]. Entre eles, a predisposição para aterosclerose parece ser revertida em iKOs [149]. Esses dados sugerem que alguns dos fenótipos cardiovasculares associados com Bmal1 esgotamento pode resultar de Bmal1 função durante o desenvolvimento. Embora esteja claro que existe uma ligação entre o relógio circadiano e a aterosclerose, justifica-se uma maior dissecação da importância da BMAL1 e de outras proteínas do relógio nesta doença.


    Discussão

    H3K27me3 desestabiliza cromossomos acessórios

    Nós investigamos os efeitos da perda de duas importantes modificações de histonas associadas à heterocromatina, H3K9me3 e H3K27me3, na organização da cromatina, transcrição e estabilidade do genoma e fenótipos caracterizados dos mutantes de deleção. A perda de H3K9me3 permite a realocação de H3K27me3 em kmt1 mutantes de deleção, que têm grande impacto na estabilidade do genoma e do cromossomo, resultando em numerosos rearranjos em grande escala. Em contraste, os genomas do Δ evoluídokmt6 e as cepas Zt09 revelaram apenas poucas e relativamente pequenas mudanças. Inesperadamente, a presença de H3K27me3 impacta a estabilidade do cromossomo por desestabilizar cromossomos inteiros em células normais, suportado pela alta taxa de perda na cepa de referência em comparação com o Δkmt6 mutantes, ou por localização incorreta, conforme mostrado pelo aumento da instabilidade de sequência no Δkmt1 mutantes. Tomados em conjunto, o enriquecimento com H3K27me3 em células do tipo selvagem é o principal fator de instabilidade do cromossomo mitótico.

    Propomos diferentes cenários de como os cromossomos podem se perder durante a mitose e como o H3K27me3 pode estar ligado a esses processos. Por exemplo, os cromossomos acessórios podem não ser replicados com precisão, pelo que apenas uma cromátide irmã é transmitida. Alternativamente, a não disjunção das cromátides irmãs durante a mitose produz uma célula com duas cópias e uma célula sem o respectivo cromossomo. Citologia anterior em Z. tritici cepas que expressam a proteína CENPA / CenH3 marcada com GFP sugeriram que o núcleo e os cromossomos acessórios podem ser fisicamente separados no núcleo [31]. Estudos anteriores mostraram que a cromatina enriquecida com H3K27me3 localiza-se perto da periferia nuclear, e a perda de H3K27me3 permite o movimento desta cromatina para o núcleo do núcleo em mamíferos e fungos [52,53]. A proximidade com a membrana nuclear e a estrutura heterocromática podem, além disso, resultar em um tempo de replicação diferencial e frequentemente tardio [54,55]. A perda de H3K27me3 e o movimento correlacionado à matriz nuclear interna podem alterar a dinâmica de replicação dos cromossomos acessórios, resultando em taxas mais altas de cromossomos replicados fielmente e taxas mais baixas de perda mitótica (Fig. 7).

    Em células do tipo selvagem (painel esquerdo), H3K27me3 está localizado em regiões subteloméricas e em cromossomos acessórios, direcionando essas regiões para a periferia nuclear e resultando em aumento da instabilidade dessas regiões. A perda de H3K27me3 (painel do meio) resulta em uma realocação de sequências enriquecidas com H3K27me3 para o núcleo interno e um aumento da estabilidade do genoma. A perda da modificação da histona H3K9me3 permite que H3K27me3 se espalhe, levando à localização incorreta de H3K27me3, localização física alterada e interações da cromatina no núcleo que alimentam a instabilidade do genoma dessas regiões (painel direito).

    Regiões heterocromáticas, especialmente associadas com H3K27me3, tendem a se agrupar e formar focos distintos no núcleo de Drosophila melanogaster visualizado por citologia [56,57], e a perda de H3K27me3 reduz a interação entre essas regiões [58]. Nossa hipótese é que o enriquecimento de H3K27me3 em todos os cromossomos acessórios mantém interações físicas que persistem durante a mitose. Isso pode diminuir a eficiência da separação das cromátides irmãs, resultando na perda do cromossomo em uma célula e duplicação na outra. Até agora, concentramos nossa triagem nas perdas cromossômicas, mas é necessário determinar as taxas exatas de duplicações cromossômicas acessórias para testar essa hipótese. Sequenciamento do genoma de Z. tritici cepas de perda de cromossomos revelaram que podem ocorrer duplicações de cromossomos acessórios [46]. Da mesma forma, os cromossomos B no centeio são herdados preferencialmente durante a meiose pela não disjunção das cromátides irmãs durante a primeira mitose do pólen [59], indicando que ocorre um desvio da segregação cromossômica normal. Cromossomos acessórios são comumente encontrados em isolados naturais de Z. tritici, apesar das altas taxas de perda que demonstramos durante o crescimento mitótico [46]. Essa observação implica na presença de outros mecanismos que neutralizam as perdas frequentes de cromossomos acessórios. Análises recentes de transmissão meiótica mostraram que cromossomos acessórios desemparelhados são transmitidos em taxas mais altas de forma uniparental [60,61]. Propomos que H3K27me3 está envolvido na instabilidade e transmissão de cromossomos acessórios durante a mitose e meiose, influenciando a localização nuclear dos cromossomos e, portanto, alterando a replicação ou transmissão (Fig. 7). Análises futuras com cromossomos acessórios e centrais marcados com fluorescência e por captura de conformação de cromossomos (Hi-C) irão lançar luz sobre as interações nucleares e a dinâmica de transmissão dos cromossomos. Como nem todos os cromossomos acessórios, apesar de enriquecidos com H3K27me3, são perdidos na mesma taxa, notamos que mecanismos adicionais provavelmente contribuem para a dinâmica dos cromossomos acessórios.

    A perda de H3K9me3 permite a invasão por H3K27me3 e resulta em instabilidade do genoma

    Enquanto a perda de H3K27me3 resultou em apenas pequenas diferenças para o crescimento do tipo selvagem e, inesperadamente, em vez de promover a estabilidade do genoma diminuída, detectamos um grande número de deleções e duplicações menores (até 30 kb), quebras cromossômicas e vários rearranjos cromossômicos grosseiros ligados a grandes duplicações no Δkmt1 mutantes. A ausência de H3K9me2 / 3 foi associada à instabilidade cromossômica e genômica em outros organismos [13,14,62,63]. Deleções menores, duplicações e quebras de cromossomos, resultando em cromossomos encurtados devido à perda de extremidades cromossômicas que identificamos no Δkmt1 mutantes, correlacionar com TEs, enriquecido com H3K9me3 no tipo selvagem. A replicação do DNA associado à heterocromatina é um desafio para a célula, pois as sequências repetitivas podem formar estruturas secundárias que podem paralisar o mecanismo de replicação [64]. Consequentemente, a instabilidade de sequências repetidas foi associada a erros durante a replicação do DNA [65-67]. Além disso, a variação estrutural que surge depende do modo de reparo do DNA após o dano ao DNA [68,69]. Os rearranjos estruturais detectados no Δkmt1 mutantes indicam que o reparo de quebras de fita dupla envolve tanto a junção de extremidade não homóloga quanto de novo formação de telômeros. Propomos que o principal fator para a instabilidade do genoma é a instabilidade associada à replicação de sequências repetidas, subsequentemente promovendo a formação de rearranjos em grande escala (Figura S11).

    Nem todos os pontos de interrupção de rearranjos, especialmente das grandes sequências duplicadas, foram associados a TEs, no entanto. Descobrimos que as sequências duplicadas no Δ evoluído experimentalmentekmt1 mutantes se sobrepõem total ou parcialmente às regiões duplicadas do Δkmt1 cepa progenitora. Isso sugere que as variações estruturais estão sujeitas a rearranjos contínuos, resultando em rearranjos não mais diretamente ligados ao evento inicial. Notamos que os rearranjos e genótipos que detectamos são o resultado da seleção durante nossos experimentos de crescimento de longo prazo e, portanto, não refletem necessariamente o espectro completo de rearranjos que ocorrem em Δkmt1 mutantes, muitas variantes estruturais adicionais podem ter desaparecido rapidamente da população ou incluir eventos letais.

    Concomitante com a perda de H3K9me3 no Δkmt1 cepas, encontramos relocalização de H3K27me3 para as antigas regiões H3K9me3. Uma redistribuição semelhante de H3K27me3 na ausência de fatores de heterocromatina foi relatada em plantas e animais [70-72] e outros fungos [22,27,73]. No N. crassa, redistribuição de H3K27me3 em um Δkmt1 (dim-5) fundo mutante resulta em defeitos de crescimento graves e aumento da sensibilidade ao estresse genotóxico que pode ser resgatado pela eliminação de H3K27me3, indicando que a distribuição aberrante de H3K27me3 impacta severamente a viabilidade celular [27]. Embora não tenhamos visto o resgate de defeitos fenotípicos observados in planta ou em em vitro ensaios de estresse no Δk1 / k6 mutantes duplos, a taxa de perda de cromossomos foi reduzida em comparação com Δkmt1 mutantes, sugerindo um efeito estabilizador quando H3K27me3 está ausente. Descobrimos que alguns pontos de interrupção dos rearranjos no Δkmt1 mutantes sem H3K9me3 também mostram enriquecimento com o invasor H3K27me3. Esse achado também sugere que as sequências associadas ao H3K27me3 são mais suscetíveis à instabilidade do genoma. As regiões enriquecidas com H3K27me3 mostraram exibir um alto grau de variabilidade genética na forma de mutações, recombinação aumentada ou variação estrutural em comparação com o resto do genoma [21,23,30,31,74-76]. Evolução experimental em Fusarium fujikuroi mostraram que os níveis aumentados de H3K27me3 em regiões subteloméricas coincidiram com o aumento da instabilidade [77] e detectamos anteriormente uma taxa altamente elevada de quebra cromossômica sob condições de estresse em regiões subteloméricas de H3K27me3 em Z. tritici [46]. Essas observações, juntamente com nossas descobertas, indicam fortemente que o H3K27me3 desempenha um papel fundamental na diminuição da estabilidade do genoma.

    Em resumo, a presença de Kmt1 e H3K9me3 respectivamente, é essencial para manter a integridade do genoma deste fungo. Os rearranjos mediados por TE podem estar envolvidos na variabilidade genética detectada em Z. tritici isolados [78-80] e foram sugeridos como condutores da evolução do genoma em várias espécies [81-83]. Nossos resultados sobre o papel do H3K9me3 para a estabilidade do genoma fornecem uma base para estudos futuros com foco na influência da heterocromatina em rearranjos estruturais do genoma usando Z. tritici como um organismo modelo. Descobrimos que, ao contrário do H3K9me3, a presença e não a ausência de H3K27me3 está ligada à instabilidade do genoma. Surpreendentemente, a perda de H3K27me3 não resulta em mudanças dramáticas de fenótipos evidentes e também não está claramente ligada à ativação transcricional em Z. tritici. Isso nos permitiu desacoplar os efeitos transcricionais e regulatórios do H3K27me3 da influência na estabilidade da cromatina e, no futuro, resultará em mais descobertas mecanísticas sobre a influência das modificações das histonas na estabilidade dos cromossomos.


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    Palavras-chave: brucelose, imunidade intestinal, Brucella vacinas, infecção intracelular, imunidade do trato respiratório

    Citação: L & # x000F3pez-Santiago R, S & # x000E1nchez-Arg & # x000E1ez AB, De Alba-N & # x000FA & # x000F1ez LG, Baltierra-Uribe SL e Moreno-Lafont MC (2019) Resposta imunológica ao Mucosal Brucella Infecção. Frente. Immunol. 10: 1759. doi: 10.3389 / fimmu.2019.01759

    Recebido: 01 de maio de 2019 Aceito: 11 de julho de 2019
    Publicado: 20 de agosto de 2019.

    Luis F. Garcia, Universidade de Antioquia, Colômbia

    Maryam Dadar, Instituto de Pesquisa de Vacinas e Soro Razi, Irã
    Sunil Joshi, Universidade de Miami, Estados Unidos

    Copyright & # x000A9 2019 L & # x000F3pez-Santiago, S & # x000E1nchez-Arg & # x000E1ez, De Alba-N & # x000FA & # x000F1ez, Baltierra-Uribe e Moreno-Lafont. Este é um artigo de acesso aberto distribuído sob os termos da Creative Commons Attribution License (CC BY). É permitida a utilização, distribuição ou reprodução em outros fóruns, desde que o (s) autor (es) original (is) e o (s) titular (es) dos direitos autorais sejam creditados e que a publicação original nesta revista seja citada, de acordo com a prática acadêmica aceita. Não é permitida a utilização, distribuição ou reprodução em desacordo com estes termos.