Mecanoamplificadores no DNA permitem que as células detectem a rigidez dos tecidos e podem oferecer uma forma de controlar a fibrose

Pistas mecânicas, como a rigidez da matriz extracelular, influenciam o comportamento das células e participam do envelhecimento, da fibrose, da formação de tumores e da aterosclerose. Como essas pistas remodelam a atividade do DNA regulador ainda não é totalmente compreendido. Este estudo, publicado na Science, combinou perfilamento epigenômico, edição epigenética e triagem por CRISPR para identificar elementos reguladores responsivos à mecânica, chamados de mecanoenhancers.

Os pesquisadores cultivaram fibroblastos primários humanos de prepúcio neonatal (HFFs) e células epiteliais de pulmão derivadas de tumor A549 por 20 horas em hidrogéis macios (1 kPa) ou rígidos (50 kPa), além de plástico de cultura de tecidos. O RNA-seq identificou 4.009 genes diferencialmente expressos em HFFs e 221 em células A549, com 76 em comum. Os genes compartilhados incluíam genes canonicamente associados a YAP/TAZ, como CYR61, CTGF e ANKRD1, que tiveram expressão aumentada em materiais mais rígidos. Cerca de 23% dos picos de cromatina acessível em HFFs e 15% em células A549 diferiram entre hidrogéis macios e rígidos, com distribuição igual entre as duas condições de rigidez.

As análises de motivos e de footprinting indicaram o envolvimento de fatores de transcrição dependente da rigidez. Os motivos TEAD mostraram maior engajamento proteico em hidrogéis rígidos nos dois tipos celulares; os motivos da família CEBP foram preferencialmente ligados em hidrogéis macios nos HFFs. A análise de HiCAR em HFFs sugeriu que contatos de cromatina de longo alcance podem contribuir para as alterações transcricionais dependentes da rigidez. No entanto, a acessibilidade diferencial isoladamente não estabelece que toda região responsiva seja um enhancer funcional.

O teste funcional identificou um enhancer responsivo à mecânica, cerca de 14 kb a montante de FZD2, que é ativado em materiais mais rígidos. Os pesquisadores também investigaram a regulação de MYH9, que codifica a miosina IIA não muscular e apresentou expressão dependente da rigidez nos HFFs. Uma triagem por interferência de CRISPR direcionou 114 regiões acessíveis ao redor de MYH9 usando 5.192 RNAs guia. O trecho fornecido termina durante o relato dessa triagem, de modo que os resultados de validação subsequentes não podem ser avaliados aqui.

O resumo relata que os mecanoenhancers regulam funções como apoptose, mecanotransdução, proliferação e migração. A edição desses elementos em materiais rígidos ajustou a expressão gênica para níveis observados em materiais mais macios. Em fibroblastos pulmonares de doadores saudáveis e com IPF, a edição reduziu as respostas transcricionais mediadas pela rigidez e impediu a ativação de genes associados à transição de fibroblasto para miofibroblasto. Esses achados apoiam uma estratégia potencial para atingir doenças causadas por forças mecânicas, mas o material fornecido não estabelece eficácia clínica, efeitos de longo prazo nos tecidos nem superioridade em relação a inibidores de vias.