O significado oculto e os “limites de velocidade” encontrados no código genético

Sumário:
A velocidade é importante quando se trata de como o RNA mensageiro decifra informações críticas dentro do código genético – a cadeia complexa de instruções essenciais para a manutenção da vida. As descobertas dos investigadores dão aos cientistas novas informações críticas para determinar a melhor forma de envolver as células para tratarem doenças – e enfim, evitando que elas surjam desde o começo.


Cientistas do Case Western Reserve descobriram que a velocidade é importante quando se trata de como o RNA mensageiro (mRNA) decifra informações críticas dentro do código genético – a complexa cadeia de instruções essenciais para a manutenção da vida. As descobertas dos investigadores, que aparecem na revista Cell em 12 de março, dão aos cientistas novas informações críticas para determinar a melhor forma de envolver as células para tratarem doenças – e enfim, evitando que elas surjam desde o começo.

“Nossa descoberta é que o código genético é mais complexo do que sabíamos”, disse o pesquisador sênior Jeff Coller, PhD, professor associado da Divisão de Ciências Médicas Gerais, e diretor associado do Centro de Biologia Molecular do RNA, na escola de medicina da universidade Case Western Reserve. “Com essas informações, os pesquisadores podem manipular o código genético para obter resultados mais previsíveis de uma forma delicada.”

O código genético é um sistema de instruções incorporado dentro do DNA. O código indica a uma célula como produzir proteínas que controlam as funções celulares. O mRNA transmite as instruções do DNA para os ribossomos. Os ribossomos traduzem a informação contida dentro do mRNA e a produção da proteína instruída. O código genético compreende 61 palavras, chamadas de “códons”, e um único códon, que é uma seqüência de três nucleotídeos, instrui ao ribossomo como construir proteínas.

O código não só dita quais aminoácidos são incorporados às proteínas, mas também diz à célula o quão rápido eles devem ser incorporados. Com essas informações, os pesquisadores podem manipular o código genético para obter níveis previsíveis de proteína de forma delicada.”

O avanço mais significativo no trabalho do Case Western Reserve é que todas as palavras ou códons, no código genético são decifrados a taxas diferentes; alguns são decifrados rapidamente, enquanto outros são decifrados lentamente. A velocidade de como o mRNA descodifica a sua informação é a soma de todos os códons que ele contém. Este limite de velocidade imposto então acaba afetando a quantidade de proteínas produzidas. Às vezes, ir mais rápido é melhor para expressar um alto nível de proteína. Às vezes, ir mais devagar é melhor para limitar a quantidade de proteína. Algo importante: os códons são redundantes – muitas dessas palavras significam a mesma coisa.

Coller e seus colegas descobriram que cada um dos códons é reconhecido de forma diferente pelo ribossomo. Alguns códons são reconhecidos mais rápido do que outros, mas essas diferenças de velocidade são pequenas. Durante todo o percurso do mRNA, no entanto, cada pequena diferença de velocidade é poderosamente aditiva.

“Muitos códons significam a mesma coisa, mas eles influenciam a taxa de decodificação de forma diferente. Devido a isso, nós podemos mudar um mRNA sem alterar a sua sequência de proteína e fazer com que ele seja bem ou mal expresso e em qualquer lugar”, disse ele. “Podemos ajustar literalmente para cima ou para baixo os níveis de proteína de qualquer maneira que queremos, já que agora sabemos dessa informação.”

Durante a pesquisa, os investigadores mediram a velocidade de decaimento do mRNA para cada transcrição na célula. Eles estavam em busca de respostas para o porquê de diferentes RNAs terem estabilidades diferentes. Com análises estatísticas, os investigadores compararam as meias-vidas dos mRNAs para os códons utilizados dentro destas mensagens. Uma correlação forte apareceu entre a identidade do códon e a estabilidade da mensagem do mRNA. Eles então associaram essas observações ao processo de tradução do mRNA.

“Tradução e decaimento de mRNA estão intimamente ligados. Isso pode ser muito benéfico para os cientistas. Se você desejar quer um gene seja muito bem expresso, você simplesmente altera a sequência de proteína a ser obtida por todos os códons ótimos. Isso vai estabilizar o mRNA e fazer com que ele seja traduzido de forma mais eficiente”, disse Coller. “Se você precisa de um mRNA para expressar em um nível mais baixo, você o preenche com códons não ótimos. O mRNA será mal traduzido e, portanto, instável. A evolução usou a otimização dos códons para moldar a expressão do proteoma. Genes de função semelhante usam códons semelhantes; portanto, eles são expressos em níveis semelhantes”.

A descoberta de Coller tem uma variedade de implicações práticas para a medicina. Partindo de uma perspectiva de bioengenharia, técnicas de biologia molecular podem ser aplicadas para manipular o gene para conter códons ótimos e obter um padrão de expressão do gene que é mais vantajoso para a aplicação. De um ponto de vista da fisiologia humana, é possível aprender sobre o limite de velocidade para cada mRNA e, em seguida, determinar se isso pode mudar em patologias específicas, como o câncer. Atualmente, não se sabe se os códons trabalham com diferentes velocidades em doenças. Um direcionamento futuro de pesquisa será associar as velocidades dos códons para doenças específicas. Também existe potencial para desenvolver drogas que possam manipular a expressão gênica para um nível mais elevado ou mais baixo, alterando a taxa de descodificação.

A atividade dos códons também podem fornecer pistas importantes sobre a origem de muitas doenças que não têm sido associadas a mutações genéticas específicas. A alteração das taxas de decodificação, que são dependentes de códons, é capaz de alterar profundamente a função da proteína, e nenhuma mutação primária seria detectada. Assim, o problema não seria o próprio gene, mas os fatores que influenciam as taxas de decodificação. Esses limites de velocidade, que são dependentes dos códons, podem ser a causa que estaria por trás de categorias inteiras de doenças. Por exemplo, um estudo recente sugere que, em mais de 450 amostras diferentes de câncer, fatores que influenciam os limites de velocidade dependentes do códon poderiam estar mudando.

“O céu é o limite”, disse Coller. “Como essa descoberta é muito nova, não temos idéia de qual seria o potencial. O próximo passo é determinar se as mudanças na velocidade de decodificação podem ser um mecanismo subjacente que altera a expressão gênica em doenças humanas.”

Fonte:
O texto acima é baseado em conteúdo fornecido pela universidade Case Western Reserve.


Texto traduzido e adaptado de Science Daily.

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