Doenças como câncer e distúrbios neurodegenerativos geralmente começam com erros genéticos, mas transformar esse conhecimento em tratamentos eficazes tem sido historicamente como tentar consertar um carro quando você identificou 300 peças defeituosas diferentes, todas fazendo coisas distintas. Um novo estudo publicado na *Nature* apresenta uma solução potencial: uma plataforma chamada PerturbFate, que pode rastrear sistematicamente como alterações genéticas relacionadas a doenças modificam as células e identificar onde essas mudanças convergem.

"Focamos aqui na resistência a medicamentos contra o câncer, mas o artigo realmente parte de uma questão mais ampla: uma vez que você sabe que uma doença está associada a centenas de genes, como projetar uma única terapia para alvejá-la?", diz Junyue Cao, chefe do Laboratório de Genômica de Célula Única e Dinâmica Populacional. "Nos perguntamos se todos esses genes diferentes poderiam ser mediados por alguma sinalização downstream compartilhada que podemos descobrir e alvejar."

Avanços no sequenciamento genético permitiram que cientistas identificassem um grande número de mutações ligadas a doenças, mas esse progresso criou um novo grande desafio: os genes envolvidos frequentemente desempenham funções muito diferentes dentro das células, incluindo controle da atividade genética e gerenciamento de vias de sinalização celular. Devido a essa complexidade, projetar tratamentos que abordem muitas mutações ao mesmo tempo tem sido difícil. Cao suspeitava que essas mutações aparentemente não relacionadas poderiam não agir independentemente — elas poderiam convergir em programas downstream compartilhados que determinam como as células se comportam. Se isso fosse verdade, os cientistas não precisariam alvejar cada mutação separadamente; eles poderiam focar em nós regulatórios comuns que controlam o processo da doença.

Para testar isso, a equipe precisava de um sistema capaz de comparar muitas perturbações genéticas ao mesmo tempo, monitorando como cada uma remodelava uma célula em detalhes. Tecnologias existentes só conseguiam capturar parte do quadro, frequentemente medindo uma camada de atividade celular por vez ou perdendo como a atividade genética muda dinamicamente ao longo do tempo. O estudante de pós-graduação Zihan Xu desenvolveu o PerturbFate para superar essas limitações, permitindo que pesquisadores observassem como diferentes perturbações genéticas alteram células em tempo real, rastreando simultaneamente a acessibilidade do DNA e a produção de RNA. Como essas medições são coletadas dentro da mesma célula única, o sistema pode revelar as redes genéticas que controlam o comportamento celular e identificar onde mutações distintas produzem os mesmos efeitos downstream.

Para testar a plataforma, os pesquisadores recorreram ao melanoma, onde muitas mutações diferentes podem produzir resistência ao tratamento. A equipe selecionou 143 genes previamente associados à resistência ao medicamento Vemurafenibe e os desativou sistematicamente em células de melanoma. O PerturbFate então monitorou como cada perturbação mudava o comportamento celular ao longo do tempo. Ao marcar o RNA recém-produzido, os pesquisadores conseguiram separar a atividade genética recente de sinais moleculares mais antigos. A perfilagem de célula única também permitiu rastrear quais genes estavam ativos, quais regiões do DNA se tornaram acessíveis e como essas mudanças evoluíram.

Após examinar mais de 300.000 células, os pesquisadores descobriram que muitas mutações diferentes consistentemente empurravam as células de melanoma para a mesma condição de resistência a medicamentos. Quando a equipe alvejou os pontos de controle regulatório compartilhados que impulsionavam esse estado, a resistência a medicamentos caiu significativamente, sugerindo uma estratégia promissora para terapias combinadas. O estudo também revelou um detalhe importante envolvendo o Complexo Mediador, uma estrutura celular que ajuda a regular a atividade genética. Pesquisadores descobriram que perturbar diferentes partes desse mesmo complexo poderia desencadear resistência a medicamentos por rotas biológicas totalmente diferentes, mas essas vias ainda convergiam no mesmo sinal de sobrevivência do melanoma conhecido como VEGFC. Quando os pesquisadores bloquearam o VEGFC, as células de melanoma resistentes não conseguiam mais crescer.

"Estamos capturando não apenas a expressão gênica, mas também a dinâmica do RNA e o estado da cromatina", diz Cao.