Aplicações Evolutivas, Médicas e Clínicas do Sequenciamento do Exoma Total

Como todos sabemos, as proteínas desempenham papéis importantes nos corpos humanos, uma vez que todos os eventos fisiológicos estão relacionados às funções estruturais ou mecânicas de certas proteínas. Estudar o processo de síntese de proteínas é uma forma de estudar a etiologia, a fisiopatologia, o diagnóstico e o tratamento de certas doenças. O genoma humano contém aproximadamente 3 mil milhões de pares de bases de ADN. Dentre eles, apenas cerca de 30 milhões de pares de bases de ADN transportam a informação da síntese de proteínas. Esta parte do genoma é chamada de exoma. O exoma é valioso aos olhos dos investigadores, pois é a origem da síntese de proteínas. Com o desenvolvimento de estratégias de enriquecimento do exoma e sequenciação de alto rendimento, sequenciação do exoma completo (WES) torna-se possível. WES é um método mais rentável em comparação com sequenciação do genoma completo, e tem sido aplicada em investigação evolutiva e médica, bem como na prática clínica.

Aplicação na pesquisa em evolução

O genoma é uma enciclopédia, contando-nos as histórias que ocorreram ao longo da história da humanidade. O sequenciamento do exoma completo pode ser útil para resolver o quebra-cabeça da evolução humana. Ao estudar a antropologia, a intervenção em algumas doenças pode ser mais eficiente. Tomemos o carcinoma esofágico como exemplo. Na China, pessoas de duas áreas têm uma alta incidência de carcinoma esofágico, em torno da Montanha Tai e da área de Chaoshan na Província de Guangdong. As línguas, costumes, estilos de vida, alimentos e climas são bastante diferentes entre si. Estudos históricos sugerem que podem partilhar os mesmos ancestrais. O sequenciamento do exoma completo foi aplicado para descobrir um mapa de expressão genética das pessoas dessas duas áreas.

Aplicação na investigação médica

Pesquisa de etiologia. Existem muitas doenças não tratadas com etiologia desconhecida, que são chamadas de doenças idiopáticas na clínica. Sem conhecer as causas, estas doenças só podem ser diagnosticadas e tratadas de acordo com os sintomas, como a hipertensão primária e a amenorreia primária. Tudo o que sabemos é que estas doenças não são secundárias. Os médicos costumavam estudar estas doenças através da monitorização dos sinais vitais e dos resultados de exames laboratoriais dos pacientes. Depois, com o desenvolvimento da tecnologia biológica, foram encontradas alterações fisiológicas a níveis tecidual, celular ou até molecular. Muitas doenças idiopáticas foram provadas como relacionadas com disfunção ou deficiência de certas proteínas. Para uma análise mais aprofundada da etiologia das doenças idiopáticas, o sequenciamento do exoma completo permite-nos descobrir a origem da disfunção ou deficiência proteica.

Um exemplo são as doenças de armazenamento lisossomal. Este grupo de doenças é definido pela função deficiente dos lisossomas, resultando em crescimento retardado, surdez ou demência. Os lisossomas são um tipo de organela que decompõe certas substâncias dentro das células. Sabemos pouco sobre o mecanismo das doenças de armazenamento lisossomal. Atualmente, os investigadores descobriram vários genes relacionados a este grupo de doenças através da sequenciação do exoma completo. Ao conhecer os genes funcionais, podem ser realizadas explorações, como experiências de knock-out de genes, para compreender melhor o mecanismo deste grupo de doenças. Outro exemplo é o câncer com etiologia desconhecida. Ao analisar a etiologia do câncer, os médicos poderiam descobrir estratégias de prevenção. A Figura 1 mostra uma pesquisa típica de etiologia utilizando sequenciação do exoma completo.

Figura 1. Uma investigação típica do câncer de mama utilizando sequenciamento do exoma completo. (Kim) et al., 2015)

Pesquisa em epidemiologia. Os riscos de contrair certas doenças variam entre os indivíduos. Algumas das doenças desenvolvem-se facilmente em determinados grupos de pessoas. A variedade de incidência deve-se às diferenças nas condições sanitárias, cultura e fatores genéticos. É fácil comparar as condições sanitárias e a cultura através de estudos sociais. Mas é difícil estudar os fatores genéticos, uma vez que a quantidade de genoma é demasiado grande. Os psiquiatras atuais beneficiam bastante do sequenciamento do exoma completo, pois isso resolve o problema acima.

Tomemos a doença de Alzheimer como exemplo. A doença de Alzheimer é uma doença degenerativa crónica que resulta em demência. Sintomas como a perda de memória costumam ocorrer em pessoas idosas. À medida que envelhecem, os sintomas tornam-se mais severos. É um progresso irreversível. O que podemos fazer é a intervenção precoce. No entanto, as pessoas têm dificuldade em distinguir se o avô tem uma mudança de comportamento ou apenas está de mau humor, a menos que sejam aquelas que estão treinadas. Isso impede a intervenção precoce. Existe um projeto chamado Projeto de Sequenciamento da Doença de Alzheimer, que irá realizar sequenciamento do exoma completo em mais de 5 mil pacientes, com o objetivo de identificar os genes responsáveis pela doença de Alzheimer. Isso será um material de apoio forte na prática epidemiológica, uma vez que o governo local poderá desenvolver projetos de prevenção de forma mais específica, de acordo com a condição de expressão genética dos residentes.

Figura 2. Projeto de Sequenciamento da Doença de Alzheimer.

Aplicação na prática clínica

Figura 3. Aplicações do sequenciamento do exoma completo na clínica.

Diagnóstico. O diagnóstico é o processo mais importante na prática clínica. Exige que os médicos estejam familiarizados com sintomas, sinais, indicadores laboratoriais e alterações imagiológicas de certas doenças. Às vezes, o paciente pode interpretar mal as perguntas dos médicos, resultando em fornecer uma história confusa aos médicos. Isso pode acontecer quando o paciente tem baixa escolaridade, está delirante ou é uma criança, provavelmente levando a um erro de diagnóstico. O sequenciamento do exoma completo faz grandes contribuições nesses casos. Os médicos podem usar o sequenciamento do exoma completo para diagnosticar e evitar erros de diagnóstico. Existem evidências de que o sequenciamento do exoma completo foi aplicado no departamento pediátrico, ajudando a diagnosticar doenças neurológicas em recém-nascidos e bebés. Além disso, o sequenciamento do exoma completo é utilizado para prognosticar e diagnosticar a síndrome de aneuploidia variegada em mosaico, detectando a mutação do CEP57.

Tratamento. O tratamento de certas doenças nem sempre funciona, especialmente para aqueles com doenças sistémicas como hipertensão, diabetes e cancros. Tomemos os cancros como exemplo. Na primeira vez, sabemos que o cancro resulta do crescimento descontrolado de células, mas não sabemos qual o tipo específico de célula. Assim, utilizamos quimioterapia, radioterapia ou cirurgia para eliminar o tecido anormal que chamamos de ninho. Esses tratamentos podem não curar os pacientes às vezes, especialmente em casos malignos. Além disso, todos esses tratamentos podem matar tecido normal assim como os anormais, o que pode agravar a condição dos pacientes. Com o desenvolvimento da medicina clínica e básica, a compreensão da fisiopatologia do carcinoma torna-se mais profunda. Sabemos alguns alvos potenciais dos cancros, como EGFR, mTOR e KEAP1. A terapia direcionada a esses loci atinge as células anormais com precisão e preserva as células normais. Isso maximiza o efeito do tratamento e minimiza os efeitos colaterais. Através do sequenciamento do exoma completo, podemos conhecer a classificação do tumor para assim desenvolver uma terapia direcionada personalizada.

Prevenção. É mais eficaz prevenir do que tratar. No entanto, nem todas as doenças apresentam um sintoma precoce claro. O sequenciamento do exoma completo fornece o perfil genético de uma pessoa. Com este perfil genético, pode-se conhecer os fatores de risco de certas doenças, permitindo a prevenção precoce. Por exemplo, uma mulher que saiba que tem mutações em DYNC2H1 e ALOX15, que são conhecidas por serem fatores de risco para perdas gestacionais precoces recorrentes, pode consultar o seu obstetra antes de planejar ter um bebé.

Leitura adicional:

Princípios e Fluxo de Trabalho do Sequenciamento do Exoma Total

Fluxo de Trabalho de Bioinformática de Sequenciamento de Exoma Total

Referências:

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