A Academia das Ciências Sueca atribuiu, dia 7 de outubro, em Estocolmo, o Prémio Nobel da Química 2015 a Thomas Lindahl, investigador no Instituto Francis Crick e Laboratório Clare Hell (Reino Unido), Paul Modrich, investigador no Instituto Médico Howard Hughes e Faculdade de Medicina da Universidade Duke (Estados Unidos), e Aziz Sancar, investigador na Carolina do Norte (Estados Unidos). Os três cientistas conseguiram mapear, a nível molecular, a forma como reparar as células danificadas, permitindo também salvaguardar a informação genética.

Para perceber um pouco melhor o que são e como funcionam os mecanismos de reparação de ADN, conversamos com Maria João Silva, responsável pelo grupo de investigação em toxicologia genética do Departamento de Genética Humana do Instituto Nacional de Saúde Doutor Ricardo Jorge (instituto Ricardo Jorge). Nesta entrevista, a investigadora explica também a relevância destes estudos na prevenção e tratamento do cancro e o trabalho desenvolvido pelo Instituto Ricardo Jorge nesta área.

Todos os dias o nosso material genético sofre erros e alterações. O que aconteceria se as nossas células não fossem capazes de corrigir esses erros e alterações?

O genoma das células constituintes do nosso organismo sofre, frequentemente, agressões externas causadas pela interação constante com os stressores ambientais, sendo absolutamente fundamental que as lesões sofridas pela molécula de ADN sejam fielmente corrigidas, por forma a manter a estabilidade da informação genética. A ocorrência de falhas na maquinaria celular com funções de reparação das lesões do ADN irá gerar a acumulação de alterações, ou mutações, e uma instabilidade no genoma da célula. Essa instabilidade conduz, frequentemente, a estados de envelhecimento e morte celular ou pode contribuir para uma transformação da célula no sentido da malignidade.

Os estudos das últimas décadas, que tiveram o enorme contributo dos laureados com o Prémio Nobel da Química deste ano, permitiram desvendar os mecanismos moleculares subjacentes a vários processos de reparação do ADN e, assim, compreender também as causas de algumas doenças. Efetivamente, sabe-se que uma redução dessa capacidade de reparação está, de uma forma geral, associada a uma aceleração do processo de envelhecimento e a um risco acrescido de desenvolvimento de cancro.

A título de exemplo, refiro as síndromes de instabilidade cromossómica cuja etiologia se relaciona com a deficiência na reparação do ADN (p.ex., a ataxia telangiectasia, anemia de Fanconi e Xeroderma pigmentosum), e cujos doentes manifestam uma elevadíssima predisposição para o desenvolvimento de cancro em idades muito jovens. São também já conhecidas formas hereditárias de cancro familiar (p.ex.,de cancro colo-rectal), relacionadas com uma deficiente capacidade de reparar erros no emparelhamento das bases da molécula do ADN.

Por que motivo acontecem estas modificações ao nível do ADN?

Existem inúmeros stressores ambientais, a que estaremos expostos ao longo da nossa vida, e que ao interagir com o genoma das células afetam a estrutura ou a integridade da molécula de ADN, os chamados agentes genotóxicos. Estes abrangem os agentes físicos (p.ex., raios X e raios ultravioleta) e uma enorme diversidade de agentes químicos (e suas misturas) de origem natural ou de síntese, incluindo algumas nanopartículas, o fumo do tabaco, poluentes orgânicos persistentes provenientes de processos industriais, ou toxinas produzidas por fungos ou bactérias. Para além da exposição de origem ambiental, existe uma preocupação particular com a exposição dos trabalhadores a agentes com potencial genotóxico em ambiente ocupacional, visto que se trata dos primeiros cidadãos a serem expostos aos produtos das tecnologias e, se não houver prevenção adequada, a sofrerem os seus efeitos potenciais.

É possível explicar sucintamente de que forma estes mecanismos de reparação da informação genética funcionam?

A reparação do ADN é um processo geral de manutenção da integridade do genoma dos organismos vivos em resposta à agressão genotóxica. De uma forma muito simplificada, pode dizer-se que todas as células do nosso organismo possuem um sistema de vigilância que emite sinais de alerta imediatamente após a ocorrência de uma lesão no ADN, por forma a acionar a maquinaria complexa e perfeitamente articulada que visa reparar essa lesão. Essas funções concertadas de vigilância e reparação são de tal forma fundamentais para a célula que, embora existindo uma certa especificidade das vias de reparação consoante o tipo de lesão detetada, verifica-se também uma apreciável sobreposição para que nada falhe. Por exemplo, quando ocorre a ligação de um grupo químico estranho a uma base azotada da molécula de ADN, a primeira ação será no sentido de remover essa lesão através do corte da cadeia de ADN por um conjunto de proteínas específicas, sendo que seguidamente ocorrerá a reconstrução fiel da lacuna formada com o auxílio das chamadas polimerases de ADN.

Qual a relevância dos estudos dos mecanismos do ADN para a prevenção e tratamento do cancro?

Muito embora o resultado concertado da atuação da maquinaria de reparação deva resultar num complemento genómico inalterado, por vezes tal não se verifica, resultando antes em instabilidade genómica que, como já foi referido, poderá conduzir ao desenvolvimento de neoplasias malignas. O conhecimento da implicação de deficiências em sistemas de reparação do ADN na etiologia de algumas formas hereditárias de cancro familiar tem contribuído primordialmente para a sua prevenção através da disponibilização do seu diagnóstico pré-sintomático aos familiares de doentes em risco.

É, por exemplo, o caso de doentes com cancro colo-rectal ou cancro da mama familiar, cujo diagnóstico é realizado na Unidade de Genética Molecular do Departamento de Genética Humana do Instituto Ricardo Jorge. Ainda ao nível do diagnóstico, também a Unidade de Citogenética em colaboração com o meu grupo disponibiliza o diagnóstico citogenético de algumas síndromes de instabilidade cromossómica, tal como a ataxia telangiectasi. No caso do tratamento do cancro, a estratificação dos doentes relativamente à sua capacidade de reparação do ADN é uma linha de investigação bastante promissora, permitindo no futuro uma intervenção terapêutica mais personalizada.

Qual tem sido o trabalho desenvolvido pelo Departamento de Genética Humana do Instituto Ricardo Jorge nesta área e que resultados têm sido conseguidos?

O meu grupo de investigação em Toxicologia Genética tem desenvolvido o seu trabalho na área da genotoxicidade ambiental, no sentido caracterizar os efeitos genotóxicos e carcinogénicos decorrentes da exposição humana a stressores químicos, físicos e biológicos e os mecanismos moleculares subjacentes a esses efeitos. De entre esses mecanismos, temo-nos focado também nos mecanismos de reparação de ADN, recorrendo a sistemas experimentais in vitro (células humanas) e in vivo.

No sentido de investigar o papel de uma proteína central em alguns processo de reparação de ADN, a poli (ADP-ribose) polimerase-1 (Parp1) criámos um novo modelo de ratinho Knockout/transgénico, ou seja, com inativação do gene Parp1 e contendo um gene bacteriano para análise de mutações. A utilização deste modelo permitiu-nos contribuir para a compreensão dos mecanismos de reparação de lesões induzidas in vivo, tendo em conta toda a complexidade de um organismo.

Outra linha igualmente importante tem sido a caracterização de indicadores de suscetibilidade genética relacionados com a capacidade individual de reparação do ADN numa tentativa de relacionar essa variabilidade genética com o risco de desenvolvimento de cancro em grupos populacionais expostos a determinados stressores, particularmente em ambiente ocupacional.