Cientistas descobrem a primeira proteína que pode editar outras proteínas

 Janet Iwasa, Ph.D, Universidade do Utah, EUA

A tarefa mais importante dentro de qualquer célula é a produção de proteínas, e todas elas são feitas utilizando as instruções a partir do ADN. Este processo é praticamente evangélico no campo da biologia molecular, mas uma nova investigação identifica algumas exceções. Algumas proteínas, ao que parece, podem fazer outras proteínas.

As proteínas são montadas a partir de aminoácidos no interior das estruturas celulares chamados ribossomas. Normalmente, os planos para cada proteína - de anticorpos de combate às doenças, a componentes estruturais que permitem que os músculos se contraiam - são codificados no ADN e entregues aos ribossomas por moléculas chamadas mensageiros ARN (mARN). Assim, essas instruções genéticas são utilizadas por uma molécula relacionada chamada transferência ARN para construir a proteína.

A imagem acima, publicada na revista Science, mostra uma maneira totalmente diferente da construção duma proteína. A massa amarela é uma proteína chamada Rqc2 que está a fazer o trabalho normalmente feito pelo mARN. Está ligada à transferência ARN (as massas azul e verde claro), dizendo aos ribossomas (a massa de cachos brancos) para inserir uma sequência aleatória de aminoácidos na cadeia de proteínas.

Este não é um caso duma proteína se tornar desonesta. Parece ser parte do processo de reciclagem, que ocorre quando há um erro na construção duma proteína. Quando um erro é introduzido, os ribossomas param e chamam um grupo de proteínas de controlo de qualidade, incluindo a Rqc2. Ao observar esse processo, os investigadores viram como a Rqc2 se liga com a transferência ARN e lhe diz para inserir uma sequência aleatória de dois aminoácidos na corrente (dum total de 20 aminoácidos).

Os investigadores acreditam que o comportamento aparentemente aberrante da Rqc2 pode ser uma parte integrante de manter o corpo livre de proteínas defeituosas. É possível que seja a sinalização da proteína para a destruição, ou de que a corrente de aminoácidos pode ser um teste para ver se o ribossoma está a funcionar corretamente. As pessoas com doenças como Alzheimer e Huntington têm processos de controlo de qualidade defeituosos para as suas proteínas. Compreender as condições exatas de como a Rqc2 é acionada, e onde falha, são o próximo passo na investigação, e pode ser importante para o desenvolvimento de novos tratamentos para doenças neurodegenerativas.

Fonte: http://www.wired.com/2015/01/grawk-proteins-making-proteins/

Uma ligação entre a transcrição do ADN e as expansões causadoras de doenças

Da esquerda para a direita, as estruturas de A-, B- e Z-ADN. Crédito: Wikipedia

Os investigadores da genética humana têm sabido que as longas repetições de nucleótidos no ADN leva à instabilidade do genoma e, finalmente, a doenças hereditárias humanas, tais a ataxia de Freidreich e a doença de Huntington.

Os cientistas acreditavam que o alongamento dessas repetições ocorria durante a replicação do ADN quando as células se dividem, ou quando a máquina de reparação do ADN celular é ativada. Recentemente, contudo, tornou-se aparente que um outro processo chamado de transcrição, que é copiar as informações a partir do ADN em ARN, poderia também estar envolvido.

Um estudo da Universidade Tufts (EUA) publicado online a 20 de Novembro no jornal Cell Reports por uma equipa de investigação liderada por Sergei Mirkin, Professor de Biologia na Escola de Artes e Ciências da Tufts, juntamente com o antigo estudante de doutoramento Kartick Shah e os estudantes de doutoramento Ryan McGuity e Vera Egorova, explora a relação entre a transcrição e as expansões de repetições do ADN. Conclui-se que o estado de transcrição ativa dum segmento de ADN que contém uma repetição ADN predispõe-se para expansões. A versão impressa do estudo será publicada a 11 de Dezembro.

"Há um grande número de motivos repetitivos simples no nosso ADN, como GAAGAAGAA ou CGGCGGCGG", diz Mirkin. "Eles são estáveis e não causam dano, se ficarem curtos. Ocasionalmente, no entanto, eles começam a alongar-se compulsivamente, e essas expansões incontroláveis levam a mudanças dramáticas na estabilidade do genoma, a expressão do gene, o que pode levar a doenças humanas."

No seu estudo, os investigadores usaram fermento de padeiro para monitorizar o progresso e os mecanismos genéticos fundamentais para a transcrição, replicação e reparo no funcionamento do genoma.

"A beleza do sistema da levedura é que fornece um com um arsenal praticamente ilimitado de ferramentas para estudar os mecanismos de funcionamento do genoma", diz Mirkin. "Criamos sistemas genéticos para rastrear expansões das repetições que foram posicionadas em ambas as partes transcritas ou não transcritas dos genes transmissores”.

Após a medição da taxa de expansões repetidas em todos estes casos, os autores descobriram que uma repetição pode expandir-se sob a condição, quando não há praticamente qualquer transcrição, mas a probabilidade do processo de expansão é drasticamente (10 vezes) maior quando o transmissor está transcricionalmente ativo.

Surpreendentemente, no entanto, a maquinaria de transcrição não necessita de passar fisicamente através da repetição para estimular a sua expansão. Assim, é o estado ativo de transcrição do segmento de ADN que contém a repetição, em vez da síntese de ARN por meio da repetição que promove as expansões.

No estado transcricionalmente ativo, o ADN é empacotado em cromatina mais frouxamente do que quando está transcricionalmente inativo. Mais especificamente, a densidade dos nucleossomas ao longo do segmento de ADN transcrito é significativamente menor do que no segmento não transcrito. Esta embalagem de ADN repetitivo nas áreas transcritas dá muito mais espaço para a ginástica da cadeia de ADN, levando a repetir expansões.

Seja qual for o modelo exato, diz Mirkin, o fato de repetições de ADN expansível terem sido sempre encontrados em áreas transcritas do nosso genoma pode não ser tão surpreendente, afinal.

ADN – ácido desoxirribonucleico

ARN – ácido ribonucleico

Fonte: http://medicalxpress.com/news/2014-11-link-dna-transcription-disease-causing-expansions.html

BioBlast Pharma (empresa farmacêutica sedeada em Israel): produtos candidatos

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Cabaletta para o tratamento da ataxia espinocerebelosa tipo 3 (SCA3) (doença de Machado-Joseph)

A SCA3, também conhecida como a doença de Machado-Joseph, é a doença mais comum entre as ataxias cerebelosas, que são um grupo de doenças genéticas que se caracterizam por défices de memória, espasticidade, dificuldade em falar e engolir, fraqueza nos braços e outros distúrbios musculares. Os sintomas podem começar no início da adolescência e piorar com o tempo. Em casos graves, a SCA pode levar a uma morte precoce na quarta década de vida. A SCA3 é incurável, e não há atualmente nenhum tratamento eficaz para a doença.

A SCA3 é causada por uma mutação no ADN que leva à criação de uma proteína patológica – a ataxina 3. A ataxina 3 é instável, agrega-se no interior das células e, eventualmente, conduz à morte celular.

A Cabaletta foi sintetizada para ser eficaz, tanto como um agente anti-agregação da proteína mutante, assim como um intensificador da autofagia, na redução dos agregados de proteína e melhorar a sobrevivência de células em vários ataxias espinocerebelosas incluindo células SCA3. Estudos adicionais em animais mostram que a ativação da autofagia pode ser benéfica para aliviar os sintomas da doença.

Após conclusão dos trabalhos pré-clínicos adicionais, a Bioblast está atualmente conduzindo a Fase 2 do estudo.

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BB-FA para o tratamento da ataxia de Friedrich

A ataxia de Friedreich é uma doença hereditária caracterizada pela deterioração progressiva do sistema muscular e nervoso, resultando em perturbações da marcha (ataxia), défice cognitivo, doença cardíaca progressiva e diabetes. Os pacientes são geralmente diagnosticados na primeira ou segunda década de vida, e 15 anos após o diagnóstico, costumam estar confinados a cadeira de rodas. A maioria não sobrevive além da quarta década de vida. Em muitos casos, a causa de morte é uma doença cardíaca grave. As causas subjacentes da ataxia de Friedrich são os níveis reduzidos de frataxina - uma proteína responsável por conjuntos de ferro-enxofre na mitocôndria que são críticos para a atividade mitocondrial. Os dados pré-clínicos demonstraram o sucesso da colocação de frataxina na mitocôndria e no tratamento do stress oxidativo em células de pacientes com ataxia de Friedreich. Estamos a avançar o programa ataxia de Friedreich através do seu desenvolvimento pré-clínico.

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Fonte: http://bioblast-pharma.com/our-platforms-and-pipeline/product-candidates/

"Atrofia cerebelosa cortical" vai encolhendo na era do sequenciamento da próxima geração

Kunihiro Yoshida, Satoko Miyatake, Tomomi Kinoshita, Hiroshi Doi, Yoshinori Tsurusaki, Noriko Miyake, Hirotomo Saitsu e Naomichi Matsumoto

A atrofia cerebelosa cortical (CCA) indica uma ataxia degenerativa não-hereditária de etiologia desconhecida. Esta entidade é muitas vezes referida como atrofia cerebelosa cortical de início tardio, ataxia cerebelosa idiopática esporádica ou ataxia de início adulto esporádica de etiologia desconhecida. O diagnóstico de CCA deve cumprir os seguintes critérios: ataxia progressiva; início da doença depois de 20 anos de idade; nenhuma instalação aguda ou subaguda da doença; história familiar informativa e negativa, ou nenhuma evidência duma mutação genética causadora; nenhuma causa sintomática estabelecida; e não possível ou provável atrofia sistémica múltipla. Em suma, o diagnóstico de CCA deve ser feito por exclusão de causas adquiridas e genéticas de ataxia, bem como atrofias sistémicas múltiplas.

De acordo com a secretaria japonesa de "doenças incuráveis​​" administrada pelo Ministério da Saúde, Trabalho e Bem-Estar do Japão, o número total de pacientes com ataxia espinocerebelosa, excluindo a atrofia sistémica múltipla, eram de 25.477, no ano fiscal de 2012 Com base nos dados publicados por Tsuji et al., o número estimado de CCA é de aproximadamente ~10.000 no presente. No entanto, é muito improvável que esses pacientes preenchessem os critérios de diagnóstico mostrado acima, porque a história da família muitas vezes não era totalmente informativa, e os testes genéticos não eram obrigatórios para entrar no registro. Portanto, acredita-se que a CCA é um grupo heterogêneo de distúrbios atáxicos. Relatórios anteriores indicaram que ~2-20% dos pacientes com diagnóstico de CCA foram confirmados através de testes genéticos como tendo mutações num dos genes causadores de ataxias cerebelosas autossómicas dominantes. Na verdade, 11 pacientes (15,1%) da nossa coorte de 73 pacientes atáxicos sem uma história familiar aparente tinham conhecidas mutações genéticas (SCA6: 3; SCA31: 4; DMJ/SCA3: 2; SCA2: 1 e DRPLA: 1). Além disso, utilizando sequenciamento da última geração, agora é possível identificar variantes causadoras de doenças muito raras.

Recentemente, identificamos uma nova mutação ANO10 num paciente CCA, usando sequenciamento da última geração. Ele era um homem de 66 anos, de nacionalidade japonesa, que desenvolveu instabilidade da marcha e disartria aos 41 anos. A sua mãe e o seu pai faleceram aos 94 anos e 78 anos, respetivamente, mas informações confiáveis ​​sobre a sua consanguinidade não foram obtidas. Ambos foram identificados como não tendo ataxia de marcha ou disartria durante a sua vida. Ele tinha dois irmãos e dois filhos, todos eles não estando afetados. Desde que ele se apercebeu de distúrbios na marcha e na fala, os seus sintomas atáxicos progrediram muito gradualmente. Ele reformou-se do seu trabalho como professor com a idade de 55 anos, por causa da ataxia debilitante. No momento, ele está numa cadeira de rodas e não pode levantar-se sem se segurar a algo por causa da severa ataxia do tronco. Exames neurológicos revelaram aumento dos reflexos profundos com um sinal de Babinski bilateral positivo, além de ataxia cerebelosa. Deficiência intelectual, parkinsonismo ou movimentos involuntários não foram observados. Desperdício muscular e diminuição da sensibilidade da vibração em membros inferiores foram anotados. As imagens da ressonância magnética (RM) aos 64 anos indicava atrofia cerebelosa, mas não do tronco cerebral ou atrofia cerebral (Figuras 1a e b). Lesões anormais de intensidade elevada não foram observadas, tanto em regiões supratentoriais, como em subtentoriais. O teste genético usando ADN genómico obtido de leucócitos do sangue periférico, não revelou quaisquer mutações conhecidas para ataxias cerebelosas autossómicas dominantes (SCA1, SCA2, DMJ/SCA3, SCA6, SCA7, SCA12, SCA17, DRPLA e SCA31).

Figura 1.

As imagens da ressonância magnética aos 64 anos mostram atrofia cerebelosa, sem atrofia do tronco cerebral ou pedúnculo cerebelar médio. O sinal cross bun quente não é observado (a: TR (tempo de repetição) 4.427,49 / TE (tempo de eco) 100; b: TR 4.961,44 / TE 90). Uma mutação modular homozigótica (c.493_494dup: p.Ile166Alafs * 3) no ANO10 é indicada (c).As setas vermelhas indicam duplicação GG no paciente.

Este paciente chamou a nossa atenção porque a consanguinidade de seus pais não era totalmente informativa, deixando em aberto a possibilidade de ele ter uma das raras ataxias cerebelosas autossómicas recessivas. Para explorar ainda mais para a causa genética da sua ataxia, realizamos o sequenciamento completo ao exome. O ADN genómico foi capturado usando um kit v5 SureSelect Humano All Exon (Agilent Technologies, Santa Clara, CA, EUA) e sequenciado num HiSeq2000 com 101 bp emparelhado (Illumina, San Diego, CA, EUA). A análise de imagens e chamadas de base foram realizadas pelo software de controlo de sequência de análise em tempo real e software CASAVA v1.8 (Illumina). As leituras foram alinhadas para GRCh37 com Novoalign (http://www.novocraft.com/). Duplicados de PCR foram removidos usando Picard (http://picard.sourceforge.net/). As variantes foram chamadas pelo Toolkit Análise do Genoma (http://www.broadinstitute.org/gatk/) e anotada usando ANNOVAR (http://www.openbioinformatics.org/annovar/) após a exclusão das variantes comuns registradas na base de dados comum dbSNP135 (frequência do alelo menor, maior ou igual a 0.01). A profundidade média da cobertura do sequenciamento completo do exome foi de 92,6 ×, e mais de 93,1% do total de sequência da codificação dos genes RefSeq conseguiu uma profundidade de leitura 20 ×. Obtivemos proteínas de alteração raras e chamadas variantes após a filtragem contra 575 exomes de controlo. Uma nova mutação modular homozigótica (c.493_494dup: p.Ile166Alafs * 3) no ANO10, confirmada pelo sequenciamento Sanger, foi identificada (Figura 1c). A sua condição foi diagnosticada como ataxia espinocerebelosa autossómica recessiva tipo ataxia 10 (SCAR10, OMIM 613728). Esta é a sexta mutação identificada no ANO10 até agora, e este caso é o segundo no Japão após o paciente relatado por Maruyama et al. O nosso caso foi clinicamente bastante semelhante ao seu caso, com ambos apresentando o puro fenótipo cerebeloso de início tardio.

Especulamos que ele poderia ter CCA típica quando veio ao nosso hospital aos 46 anos. Ele cumpria os critérios clínicos para a CCA e os testes genéticos descartavam ataxias cerebelosas autossómicas dominantes conhecidas com as repetições das expansões e SCA31. Agora, a situação mudou. O sequenciamento completo do exome permitiu a identificação de mutações causadoras de doenças raras, mesmo em pacientes aparentemente esporádicos. Portanto, precisamos de chamar a profundidade dos testes genéticos em questão com mais cuidado quando discutimos se o paciente preenche os critérios da CCA. Como o custo do desempenho do sequenciamento da próxima geração está a melhorar, a definição precisa de CCA visando o teste genético está a tornar-se cada vez mais difícil. Um número significativo de pacientes com CCA será provado terem mutações estáticos ataxias cerebelosas autossómicas dominantes raras ou ataxias cerebelosas autossómicas recessivas com esta técnica num futuro próximo, se forem testados. Agora, devemos reconhecer com mais rigor que um diagnóstico provisório de "CCA" inclui muitas causas genéticas diferentes.

Fonte: http://www.nature.com/jhg/journal/vaop/ncurrent/full/jhg201475a.html

Foi descoberto que as proteínas específicas e não-específicas, ligadas ao ARN, são fundamentalmente semelhantes

Investigadores da Faculdade da Medicina da Universidade Case Western Reserve (EUA) descobriram inesperadas semelhanças entre proteínas que se pensava serem fundamentalmente diferentes.

A equipa estudou como as proteínas se ligam ao ARN, um processo necessário para a expressão do gene. É sabido que algumas proteínas ligam apenas ARNs com determinadas sequências. Outras proteínas têm sido consideradas "não-específicas" porque elas interagem com ARNs em locais aparentemente aleatórios. Mas a equipa de Case Western Reserve publicou um novo estudo em Nature, mostrando que as proteínas não-específicas na verdade têm a capacidade de se tornarem específicas onde se ligam ao ARN - procurando e vinculando-se com sequências específicas de nucleótidos.

 

"Parece não haver coisa como proteínas específicas ou não-específicas; em essência, são todas específicas. Mas usam sua especificidade de maneira diferente," disse o Dr. Eckhard Jankowsky, coautor e professor no Centro de Biologia Molecular ARN na Faculdade de Medicina. "As nossas descobertas adiantam a compreensão de como as proteínas e os ácidos nucleicos controlam a expressão gênica, que leva ao conhecimento sobre como este controle é perdido ou alterado em casos de cancro, infeções virais e outras doenças."

 

A equipa de investigação de Case Western Reserve desenvolveu um novo método para medir as proteínas que se ligam a milhares de diferentes moléculas de ARN, denominado High Throughput Sequencing Kinetics (HITS-KIN). Aplicável a muitos domínios biológicos, a abordagem permite aos investigadores analisar um grande número de mutações nos sítios do ADN ou ARN de ligação das proteínas, rapidamente. O HITS-KIN permite aos cientistas completar experiências em dias, que anteriormente teriam levado anos para terminar.

 

"Através da combinação de métodos bioquímicos tradicionais com a tecnologia de sequenciamento da última geração, podemos agora fazer uma experiência com milhares de ARNs diferentes, enquanto antes estávamos limitados a analisar apenas uma molécula de ARN, de cada vez," disse o Dr. Michael E. Harris, coautor e professor adjunto de Bioquímica na Faculdade de Medicina.

 

Os defeitos nas interações entre o ARN e as proteínas ligadas subjazem inúmeras doenças humanas, incluindo o cancro e as doenças neurodegenerativas. Este conhecimento de como as moléculas interagem é um passo fundamental para o desenvolvimento de novas estratégias para o tratamento de doenças humanas.

 

"As novas descobertas dos investigadores de Case Western Reserve podem sugerir formas de projetar medicamentos visando toda uma classe de proteínas que se ligam ao ADN e ARN em locais sem sequências de reconhecimento específico, que iria guiá-las ao lugar. Anteriormente, não percebíamos como é que estas proteínas reconheciam onde se ligar ao ADN ou ARN, o que dificultava a projeção de medicamentos visando essa atividade," disse o Dr. Oleg Barski, do Instituto Nacional de Ciências Médicas Gerais do Instituto Nacional de Saúde, que financiou parcialmente a investigação. "A investigação também mostra que a tecnologia de sequenciamento da próxima geração pode aprofundar a nossa compreensão destas proteínas e de como elas controlam o funcionamento interno das células."

 

Jankowsky e Harris utilizaram o HITS-KIN para analisar a fraqueza ou força de um grande número de diferentes ARNs se ligam a uma proteína em particular. Embora estivesse previsto que proteínas não-específicas se ligassem a sequências de ARN com afinidade semelhante, os investigadores encontraram a mesma ampla gama de afinidades de ligação para a proteína não-específica que normalmente aparecem para uma proteína específica.

 

Os autores teorizam que os dois tipos de proteínas podem não diferir fundamentalmente, mas que usam partes diferentes de seu espetro de afinidade para expressar os genes corretamente. Enquanto as proteínas específicas podem se conectar com as suas sequências preferenciais entre muitas moléculas de ARN da célula, as sequências preferenciais de ARN das proteínas não-específicas não são criadas pela célula. Como resultado, as proteínas não-específicas são deixadas para ligar para os ARNs disponíveis com afinidades semelhantes a muitos ARNs diferentes.

 

"Essencialmente, cada proteína tem preferências de ligação. No entanto, as proteínas não-específica podem se ligar apenas às sequências que lhes são disponibilizadas, enquanto que as proteínas específicas são capazes de se ligar às sequências primeiramente escolhidas, "acrescentou Jankowsky.

 

Fonte: http://www.sciencedaily.com/releases/2013/10/131008112412.htm