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13 de março de 2009

RNA: mais que um intermediário da informação genética!

No último post, eu falei um pouco sobre os microRNAs. No entanto, este é apenas um dos tipos de um grande número de small RNAs não codificantes (não são traduzidos em proteínas) que vem sendo descoberto nos últimos anos. Estas pequenas moléculas de RNA têm se mostrado importantes na regulação de uma série de eventos celulares relacionados ao desenvolvimento, defesa contra patógenos e resposta ao estresse através da regulação da expressão gênica praticamente em todas as suas etapas: transcrição, tradução, splicing, controlando a estrutura da cromatina e a estabilidade do RNA mensageiro. Isso aumenta consideralvemente o leque de funções atribuídas ao nosso já antigo conhecido ácido ribonucléico e tem mostrado aos cientistas que o RNA exerce um papel regulatório importante nos processos biológicos.

Para mim, no entanto, a nomeclatura e a classificação dos small RNAs era um pouco confusa e pesquisando achei algumas divergências. Até que encontrei um “background paper” muito bom da Nature que esclareceu quase todas as minhas dúvidas: claro, objetivo e breve! Não é a toa que a revista tem o índice de impacto que tem.

(abre parênteses) Estou cada vez mais convencida de que quanto maior um texto, pior. Para explicar claramente um conceito ou uma idéia, não é preciso se estender muito. Quando escrevemos muito, em geral, é por que não sabemos ou não entendemos bem sobre o que estamos falando. (fecha parênteses)

Pois bem, segundo o paper da Nature, os principais tipos de small RNAs são os seguintes:

1) micro RNAs (miRNAs) – com 20-22 nucleotídeos, regulam negativamente a expressão gênica, ligando-se aos mRNAs e impedindo a sua tradução. Acredita-se que esta ligação se dê por meio de um pareamento de bases imperfeito, gerando uma “bolha” no duplex miRNA:mRNA o que bloquearia a tradução pelo ribossomo.

2) Small interfering RNAs (siRNAs) – com aproximadamente 22 ntds, são os mediadores da “interferência de RNA” que tem sido amplamente utilizado para o silenciamento gênico experimental através da introdução de siRNAs sintéticos. Os siRNAs e miRNAs são produzidos a partir da mesma via a partir de precursores de RNA dupla fita, no entanto, se diferenciam pelo modo de ação. Enquanto, o miRNA impede a tradução do mRNA, o siRNA marca o mRNA alvo para degradação por endonucleases, pois ao se ligar aquele, o faz por meio de um pareamento de bases perfeito. Acredita-se que tenha surgido como um mecanismo de defesa contra moléculas de ácido nucléico invasoras em plantas (vírus, transposons...)

3) small nucleolar RNAs (snoRNAs) – clivam o préRNA ribossomal em suas subunidades funcionais 18S, 5.8S e 28S.

4) small nuclear RNAs (snRNAs) – são constituintes do spliceossoma (maquinaria envolvida no splicing processo através do qual são removidos os íntrons dos RNA mensangeiros). Alguns snRNAs apresentam atividade enzimática durante o splicing.

Bom, isso tudo para mim só faz crescer o argumento de que a complexidade dos organismos está intimamente relacionada com a capacidade de regular como os seus genes funcionam, como eu já discuti aqui antes. Além de que pode explicar por que os genomas são constituídos principalmente por sequências não codificantes: provavelmente, a maior parte do genoma está envolvida com sua própria regulação!


Para saber mais:
Buckingham S. The major world of microRNAs. Nature, 2003.
Kawaji H, Hayashizaki Y (2008) Exploration of Small RNAs. PLoS Genet 4(1)


7 de março de 2009

microRNAs, macroPossibilidades


Já algum tempo que tenho ouvido falar dos microRNAs, uma nova classe de RNAs curtos e não codificantes (não são traduzidos em proteínas), porém, não menos importantes! Estes pequenos segmentos de RNA (~20 bases) hibridam nos seus RNAs mensageiros alvo e assim regulam negativamente a sua tradução ou induzem a sua degradação. Em animais, os microRNAs hibridam com o mRNA alvo na sua UTR 3’ (untranslated region) por meio de um pareamento de bases imperfeito o que acaba por impedir o prosseguimento da tradução. Já em plantas, há complementariedade completa (ou quase) entre o microRNA e o seu alvo e portanto o pareamento entre os dois é perfeito, resultando na degradação por clivagem do mRNA alvo devido a formação de uma dupla fita de RNA que é imediatamente degradada.

O importante nesta história é que os microRNAs constituem mais um mecanismo de regulação da expressão gênica. Mais uma forma de se controlar com especificidade quando, onde e com que intensidade os genes são expressos. A importância evolutiva destes mecanismos refinados de controle da expressão gênica eu já discuti um pouco por aqui antes. A meu ver, no entanto, mais importante que saber quando um determinado gene é expresso, ou não, é identificar e entender que mecanismos o regulam. Entendendo-se esta mecânica e toda a sucessão de eventos moleculares envolvidas poderíamos, dadas as circunstâncias, prever como os genes se comportariam e com isso ter uma idéia das conseqüências, dos efeitos biológicos das mais diversas “circunstâncias”: doenças, estresse térmico, oxidativo, exposição a poluentes, drogas e fármacos, etc.

Colocado assim, talvez pareça simples, mas não é. Os genes são muitos e, para a maioria das espécies, os seqüenciados são poucos. E se não conhecemos os genes, como estudá-los? As circunstâncias são infinitas. Os mecanismos de regulação gênica também parecem ser muitos e complexos. Mas o que me chamou atenção nos microRNAs é que um mesmo microRNA pode regular a expressão de vários genes alvo, assim como fatores de transcrição regulam um grupo de genes, e assim influenciar diferentes vias simultaneamente. Cada via de regulação gênica tem como alvo um grupo de genes correlacionados que se comportam da mesma forma, dada uma certa circunstância. Os genes, por sua vez, podem estar sujeitos a regulação por diferentes vias e, portanto, podem fazer parte de diferentes grupos, dependendo das circunstâncias.

O que eu concluo disso tudo, que pode já ser óbvio para muitos, é que é importante e mais fácil primeiramente estudar os elementos chaves desta rede de vias de regulação gênica. E, acredito, que os microRNAs sejam um elemento chave importante e que até então era ignorado. Por exemplo, resolvi escrever este post quando estava lendo um paper que descrevia a identificação de novos microRNAs induzidos por metais pesados em arroz e também os possíveis alvos destes microRNAs (Huang et al, 2008). Então, acho que é mais parcimonioso avaliar o nível de expressão de um destes microRNAs (e por tabela dos seus genes alvo) do que olhar para cada um dos genes sujeitos a sua regulação...É claro, atualmente, existe a técnica de microarrays, que possibilita avaliar a expressão de milhares de genes e inclusive já vi trabalhos de microarray para microRNAs. No entanto, esta técnica ainda é muito cara e não está disponível para a maioria dos laboratórios. Então, para quem só possa fazer um PCR quantitativo ou semi quantitativo ou northen blot, avaliar a expressão de um só microRNA pode significar acessar a informações sobre os níveis de expressão gênica de muitos outros genes.

Além disso, a regulação por microRNAs parece ser bem comum (no genoma humano, já foram identificados 462 microRNAs e estima-se que este número chegue a 1000) e até pouco tempo não era nem considerada! É mais uma forma de regular a expressão dos genes e a nível pós transcricional, o que significa, por exemplo, que, ao menos em animais onde a tradução é apenas bloqueada pelos microRNAs, esta regulação não seria detectada por técnicas que avaliam os níveis de mRNA.

...talvez tenha sido um pouco confusa neste post! Isso que dá meses sem postar.

15 de junho de 2008

O jogo da evolução

Este mês, foi publicada uma reportagem bem legal na revista "Scientific American Brasil" com o título "O jogo da evolução" onde são discutidos dois assuntos que eu acho interessantes: evolução e controle da expressão gênica. Resolvi escrever uma pequena "resenha" e discutir alguns pontos do artigo aqui:


Como surgiu a imensa diversidade de espécies existentes é uma pergunta que há muito tempo os cientistas tentam responder. Com a identificação do DNA como o material genético e dos genes como as unidades que codificam as proteínas (embora esta definição não seja a mais adequada atualmente), a expectativa era que fossem encontradas diferenças genéticas correspondentes a diversidade anatômica observada entre as espécies. No entanto, o que se tem observado é que as espécies são geneticamente mais semelhantes em relação à vários aspectos (número, tipos e seqüência dos genes) do que se imaginava. Os cientistas resolveram, então, estudar os genes relacionados ao desenvolvimento, uma vez que as diferenças anatômicas entre as espécies devem resultar de diferenças nestes processos. Mais uma vez se surpreenderam ao observarem que tais genes são mais conservados ainda! Chegou-se a um aparente paradoxo: como as espécies podem ser tão distintas anatomicamente e ao mesmo tempo tão semelhantes geneticamente?


A resposta parece estar nos mecanismos de controle da expressão gênica. Embora os organismos possuam conjuntos de genes semelhantes, o que os tornaria diferentes é o contexto em que tais genes são expressos: quando, onde e em que intensidade são expressos. Em eucariotos, os mecanismos de controle da expressão gênica vão muito além de diferentes tipos promotores e fatores de transcrição. Cada gene contém pelo menos uma seqüência atenuadora (ou enhancer) que consiste em uma seqüência regulatória que pode estar praticamente em qualquer lugar abaixo, acima ou dentro (em um íntron) do gene. Os vários enhancers de uma mesmo gene irão controlar sua atividade em diferentes tecidos e momentos do ciclo de vida do animal. Consequentemente, a transcrição de um gene pode ser finamente regulada o que possibilita a sua expressão em diferentes contextos, ampliando a sua funcionalidade.


De fato, sabe-se que ao mesmo tempo que os genomas eucarióticos são bem maiores que os de procariotos, a maior parte deles é constituída por seqüências não codificantes. Então, como explicar o maior complexidade dos organismos eucarióticos? Os grandes genomas estão justamente relacionados com o surgimento de mecanismos de controle da expressão gênica mais complexos, os quais são responsáveis pela maior complexidade destes organismo. E pensar que boa parte do genoma eucariótico ainda é chamada por muitos de "DNA lixo"...Nada existe sem um motivo, principalmente, se tratando de DNA: para que gastar energia mantendo e replicando milhões de pares de bases "inúteis"? O argumento que seria para diminuir a probabilidade de ocorrência de mutações em seqüências gênicas nunca me convenceu!


Tais genes, expressos em diferentes contextos onde exercem funções distintas, são chamados de pleiotrópicos. Uma mutação em um gene deste tipo dificilmente seria tolerada, pois afetaria muitos processos. A principal implicação evolutiva do controle da expressão gênica por seqüências atenuadoras é que mutações nestas seqüências podem alterar pontualmente uma característica sem que o gene responsável seja alterado, ou seja, pode-se alterar a expressão de um gene específico somente em um tecido ou em um momento do desenvolvimento sem que as demais funções do mesmo sejam alteradas. Isto é bem discutido no artigo em questão através de vários exemplos interessantes. Para entendermos as diferenças entre as as formas de vida, devemos olhar para além dos genes e proteínas: para como estes genes e proteínas são rigidamente regulados, um campo ainda pouco conhecido. Além das seqüências atenuadoras, há inúmeros mecanismos de regulação da expressão gênica, entre eles a regulação por microRNAs. Eu particularmente pouco sei sobre isso, mas acho bem interessante...

Como acabei me desviando em alguns pontos, e sendo bem sucinta em outros, caso alguém queira ler a reportagem na íntegra (que descreve alguns casos bem legais mais detalhadamente), ela também está disponível online, neste link:

http://www2.uol.com.br/sciam/reportagens/o_jogo_da_evolucao.html