CIENTISTAS IDENTIFICARAM PADRÕES DE REGULAÇÃO DE RNA NO NÚCLEO DAS PLANTAS

Quando o genoma humano foi sequenciado, especialistas previram que iria encontrar cerca de 100.000 genes. O número real acabou por ser mais perto de 20 mil, apenas alguns milhares a mais que moscas de fruta. A questão logicamente surgiu: como pode um número relativamente pequeno de genes diagramar projetos de alta complexidade do corpo humano?

Em um novo estudo feito em plantas, University of Pennsylvania biólogos dar uma visão global dos padrões que podem afetar os vários processos de regulação de RNA que ocorrem antes que estas moléculas se movem para o citoplasma, onde são traduzidos para as proteínas que compõem um organismo vivo . Crédito: Universidade da Pensilvânia

Em um novo estudo feito em plantas na University of Pennsylvania biólogos dão uma visão global dos padrões que podem afetar os vários processos de regulação de RNA que ocorrem antes que estas moléculas se movem para o citoplasma, onde são traduzidos para as proteínas que compõem um organismo vivo . Crédito: Universidade da Pensilvânia

A explicação é que os genes que são objeto de muitas e variadas formas de regulação que podem alterar a forma da proteína o quanto de um produto de gene será feito. Muitas desta regulações ocorrem durante e imediatamente depois que o DNA é transcrito em RNA.

Em um novo estudo feito em plantas, biólogos da University of Pennsylvania construíram em trabalhos anteriores catalogo de todas as interações que ocorrem entre RNA e as proteínas que se ligam a ele. Desta vez, eles olharam exclusivamente para essas interações nos núcleos, e, simultaneamente, para os dados sobre a estrutura das moléculas de RNA nucleares obtidos. Ao combinar esses conjuntos de dados, os resultados dão uma visão global dos padrões que podem afetar os vários processos de regulação de RNA que ocorrem antes que estas moléculas se movem para o citoplasma, onde são traduzidas em proteínas que compõem um organismo vivo.

Além disso, os pesquisadores têm proporcionado um vasto conjunto, disponível publicamente, de dados que outros cientistas podem usar para solucionar dúvidas sobre quaisquer genes e mecanismos reguladores que lhes interessam, obter uma melhor compreensão da dinâmica da “viagem” do DNA às proteínas.

Brian D. Gregory, um professor assistente na Penn’s School of Arts & Sciences no Departamento de Biologia Ciências foi autor sênior do trabalho, que será publicado na revista Molecular Cell. Sager J. Gosai, especialista em pesquisa, e Shawn W. Foley, um estudante de pós-graduação, ambos membros do laboratório de Gregory, foram co-autores. Contribuinte adicionais de Penn incluem Ian M. Silverman, um estudante de pós-graduação no laboratório de Gregory, juntamente com Fevzi Daldal, professor do Departamento de Biologia e Nur Selamoglu do laboratório Daldal. Os pesquisadores se uniram com Emory University de Dongxue Wang e Roger B. Deal e Universidade do Arizona Andrew DL Nelson e Mark A. Beilstein para realizar o estudo.

No último ano, na Genome Biology, a equipe de Gregory informou sobre um método que eles desenvolveram para obter um catálogo completo das interações em organismos vivos entre RNA e proteínas de ligação a RNA, ou RBPs, que interagem com transcrições de RNA para reprimir, melhorar ou alterar a expressão de uma gene em uma forma específica do tipo celular. A técnica é chamada PIP-seq, para o perfil de interação e de sequenciamento de proteína. Sua demonstração inicial de PIP-seq identificou o complemento total de sítios de interação RBP em uma linha celular humana.

No presente trabalho, eles usaram a planta Arabidopsis thaliana comumente estudadas para mapear todos os sítios de interação RBP, bem como compilar um olhar cheio na estrutura secundária das transcrições de RNA. Ao contrário do primeiro estudo, que verificamos em todos os RNA na célula, um conjunto de material conhecido como o transcriptoma, este estudo analisou apenas no núcleo.

“Ao concentrar-se especificamente sobre o núcleo podemos ficar longe de todos os recursos sobre moléculas de RNA que são associados com o processo de tradução em proteínas, que ocorre no citoplasma”, disse Gregory.

Os pesquisadores extraíram os núcleos de mudas de Arabidopsis com 10 dias de idade. Executaram o seq-PIP e também informações obtidas na estrutura secundária do RNA como as cadeias de RNA de dobragem, malha ou ligar-se mutuamente.

Concentrando-se em seções de RNA que se ligam a RBPs, a equipe descobriu que essas sequências foram conservadas ao longo da evolução e são propensos a atuar em um papel importante nos mecanismos regulatórios dos genes.

Os cientistas também descobriram uma forte relação inversa entre os padrões de RBP de ligação e estrutura secundária.

“Quando a estrutura é baixa, proteínas tendem a se ligar nessas regiões e quando a estrutura é alta, RBPs tendem a não ligar essas regiões”, disse Gregory. “De tempos em tempos, temos visto que o contexto estrutural, e não apenas a sequência de RNA, é uma força seletiva na ligação RBP.”

Outro achado importante foram os padrões únicos de ligação RBP e estrutura presente em todo o códon de início de cada transcrito de RNA mensageiro, que é onde máquinas de fabricação de proteínas de uma célula começa o processo de tomada de RNA em proteínas.

“Isso é o que sugere que há um evento regulamentar acontecendo aqui, mesmo antes da RNA sai do núcleo e se envolver com as máquinas de tradução”, disse Gosai. “É um lugar muito interessante para estudos futuros para começar e descobrir o que esta acontecendo nos eventos de regulação no núcleo”.

Duas formas principais de regulação transcrição são splicing alternativo, em que pedaços de RNA passam por um processo “cut-and-paste” para gerar novas sequências que podem codificar várias proteínas, e poliadenilação alternativa, que altera onde a transcrição de extremidades e uma “cauda” adenina é adicionada, um processo que pode aumentar ou estabilização ou a degradação da molécula de RNA.

Em sua análise, os biólogos descobriram que certos padrões de estrutura secundária RBP de ligação eram muito mais comuns que locais onde ocorrem splicing alternativo e poliadenilação alternativa.

“Em seres humanos, cerca de 95% dos genes são de splicing alternativo, e o número é, pelo menos, 60% em plantas”, disse Foley. “Para ver níveis elevados de ligação RBP e uma interação com estrutura secundária em locais de splicing alternativo e poliadenilação em plantas é uma boa indicação de onde e como a regulação está ocorrendo para produzir proteínas diferentes a partir de uma seqüência de RNA”.

Como no estudo anterior, utilizando PIP-seq, Gregory e seus colegas identificaram padrões recorrentes, conhecidas como “motifs“, de seqüências de RNA em locais que tendiam a ser vinculada por alguns RBPs. É possível, os pesquisadores notaram que estes grupos de RBPs poderia vincular genes relacionados funcionalmente para coordenar a sua regulamentação.

Por fim, a equipe de zoom em uma sequência de RBP que foi particularmente abundante e descobriu que ele interagiu com um RBP chamado CP29A.

“Esta proteína foi conhecida por se ligar RNA no cloroplasto, mas fomos capazes de identificá-lo como um RBP nuclear pela primeira vez”, disse Foley, sugerindo CP29A pode ser um fator regulador importante em ambos as organelas.

Para dar seguimento a este trabalho, os cientistas vão examinar como a regulação de RNA difere em tecidos de plantas em diferentes estágios de desenvolvimento. Eles também planejam usar PIP-seq e análises estruturais para estudar outros tipos de organismos.

Agora que descobrimos o que marca o splicing alternativo e outros eventos que moldam a capacidade de codificação de proteínas das plantas, vamos entrar e identificar as proteínas que levam a aqueles”, disse Gregory. “E, eventualmente, nós gostaríamos de entrar em humanos e outros organismos e perguntar se podemos ver padrões semelhantes.”

Fonte: Science Daily

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