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

Interferência do ARN* reduz défices motores e neuropatológicos num rato-modelo cerebeloso da Doença de Machado-Joseph

Clévio Nóbrega, Isabel Nascimento Ferreira, Isabel Onofre, David Albuquerque, Nicole Déglon, Luís Pereira de Almeida

Resumo

A Doença de Machado-Joseph ou ataxia espinocerebelosa tipo 3 é uma doença neurodegenerativa progressiva fatal, causada pela expansão da proteína poliglutamínica ataxina-3. Estudos recentes demonstram que a interferência do ARN é uma abordagem promissora para o tratamento da Doença de Machado-Joseph. No entanto, se o silenciamento do gene em tempo precoce é capaz de prevenir o aparecimento dos défices motores comportamentais típicos da doença, quando se iniciam antes do aparecimento da doença, não foi explorado. Aqui, usando um alelo específico mediado lentiviral para o silenciamento da ataxina-3 mutante num modelo pré-sintomático cerebeloso precoce dum rato com a Doença de Machado-Joseph, mostramos que esta estratégia dificulta o desenvolvimento das características motor e fenotípicas neuropatológicas da doença. Ao nível histológico, o silenciamento específico do ARN da ataxina-3 mutante diminuiu a formação de ataxinas-3 mutantes agregadas, preservou a morfologia das células de Purkinje e a expressão dos marcadores neuronais, enquanto reduz a morte celular. É importante ressaltar que o silenciamento do gene impediu o desenvolvimento de incapacidades no equilíbrio, coordenação motora, marcha e hiperatividade observada em ratos de controlo. Estes dados apoiam o potencial terapêutico da interferência do ARN para a Doença de Machado-Joseph e constitui uma prova de princípio dos efeitos benéficos do silenciamento precoce do alelo específico para a terapia desta doença.

*ARN: ácido ribonucleico

Fonte: http://www.plosone.org/article/info%3Adoi%2F10.1371%2Fjournal.pone.0100086

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

O SINEUP permite que os cientistas selecionem genes individuais em células, para aumentar a produção de proteínas

Uma das biotecnologias mais inovadoras da última década, foi recentemente desenvolvida. O SINEUP permitiu aos cientistas, pela primeira vez, selecionarem genes individuais em células para que se bata, ou aumente, a quantidade de proteínas que produzem. A técnica vai melhorar a produção de proteínas, analisar a função dos genes e construir uma função celular melhorada.

Esta nova tecnologia é baseada na investigação pioneira levada a cabo no laboratório do Dr. Stefano Gustincich, na SISSA, em Trieste (Itália). O mecanismo baseia-se na descoberta de uma função inteiramente nova do ARN. Apesar de ser mais conhecido como uma molécula ARN mensageira constituída por genes para a síntese de proteínas, a maioria do ARN não é, de facto, constituída por genes. Já chegou a ser considerado lixo, mas cada vez mais têm sido descobertas funções importantes para o ARN não codificado.

Trabalhando com colaboradores do RIKEN em Yokohama (Japão), o laboratório do Dr. Gustincich identificou um ARN não codificado que especificamente se liga ao ARN mensageiro (mARN) do gene alvo. Age então como uma autêntica dama-de-companhia, escoltando eficientemente o mARN alvo às ribossomas, onde as proteínas são produzidas. A nova tecnologia tem sido testada numa variedade de células diferentes e através de uma variedade de genes. Têm-se visto grandes aumentos nos níveis de proteínas, até dez vezes mais.

A tecnologia é comercializada pela TransSINE Technologies e Cell Guidance Systems. Piero Caminci, CEO da TransSINE Technologies, comentou, “De muitas formas, a técnica é o oposto do ARNi, uma técnica usada amplamente que derruba genes, visando-os para degradação antes de serem traduzidos em proteínas. Ambas as técnicas SINEUP e ARNi possuem um vasto leque de utilizações na investigação e biotecnologia, para não mencionar o potencial para novos medicamentos.” Michael Jones, CEO da Cell Guidance Systems, comentou, “Temos tido uma grande resposta inicial dos investigadores e empresas de bio produção. Esta tecnologia vai ter um enorme impacto na investigação celular e no campo médico mais amplo. Estamos muito animados por estar envolvidos nesta história em evolução.””

Fonte: http://www.news-medical.net/news/20130131/SINEUP-allows-scientists-to-target-individual-genes-in-cells-to-increase-protein-production.aspx

Estudo sugere que síndroma atáxico-tremor associado ao frágil X, pode estar ligado ao transporte neural desregulado de ARN

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