O splicing de RNA é um processo celular crítico para a expressão genética. Depois que os genes são copiados do DNA para o RNA mensageiro, porções do RNA que não codificam proteínas, chamadas íntrons, são cortadas e as porções codificadoras são unidas novamente.

Esse processo é controlado por um grande complexo proteína-RNA chamado spliceossomo. Biólogos do MIT descobriram agora uma nova camada de regulação que ajuda a determinar quais locais na molécula de RNA mensageiro o spliceossomo irá atingir.

A equipe de pesquisa descobriu que esse tipo de regulação, que parece influenciar a expressão de cerca de metade de todos os genes humanos, é encontrada em todo o reino animal, bem como em plantas. As descobertas sugerem que o controle do splicing de RNA, um processo que é fundamental para a expressão genética, é mais complexo do que se sabia anteriormente.

“O splicing em organismos mais complexos, como humanos, é mais complicado do que em alguns organismos modelo como levedura, embora seja um processo molecular muito conservado. Existem sinos e apitos no spliceossomo humano que permitem que ele processe íntrons específicos de forma mais eficiente. Uma das vantagens de um sistema como esse pode ser que ele permite tipos mais complexos de regulação genética”, diz Connor Kenny, um estudante de pós-graduação do MIT e o principal autor do estudo.

Christopher Burge, professor de Biologia Uncas e Helen Whitaker no MIT, é o autor sênior do estudo, que aparece hoje na Nature Communications .

O splicing de RNA, um processo descoberto no final da década de 1970, permite que as células controlem com precisão o conteúdo das transcrições de mRNA que carregam as instruções para a construção de proteínas.

Cada transcrição de mRNA contém regiões codificadoras, conhecidas como exons, e regiões não codificadoras, conhecidas como íntrons. Elas também incluem locais que agem como sinais para onde o splicing deve ocorrer, permitindo que a célula monte a sequência correta para uma proteína desejada. Esse processo permite que um único gene produza múltiplas proteínas; ao longo de escalas de tempo evolutivas, o splicing também pode alterar o tamanho e o conteúdo de genes e proteínas, quando diferentes exons são incluídos ou excluídos.

O spliceossomo, que se forma em íntrons, é composto de proteínas e RNAs não codificadores chamados pequenos RNAs nucleares (snRNAs). Na primeira etapa da montagem do spliceossomo, uma molécula de snRNA conhecida como U1 snRNA se liga ao sítio de splice 5' no início do íntron. Até agora, pensava-se que a força de ligação entre o sítio de splice 5' e o U1 snRNA era o determinante mais importante de se um íntron seria spliced ??para fora do transcrito de mRNA.

No novo estudo, a equipe do MIT descobriu que uma família de proteínas chamada LUC7 também ajuda a determinar se o splicing ocorrerá, mas apenas para um subconjunto de íntrons — em células humanas, até 50%.

Antes deste estudo, sabia-se que as proteínas LUC7 se associavam ao snRNA U1, mas a função exata não estava clara. Existem três proteínas LUC7 diferentes em células humanas, e os experimentos de Kenny revelaram que duas dessas proteínas interagem especificamente com um tipo de sítio de splicing 5', que os pesquisadores chamaram de “destro”. Uma terceira proteína LUC7 humana interage com um tipo diferente, que os pesquisadores chamam de “canhoto”.

Os pesquisadores descobriram que cerca de metade dos íntrons humanos contém um sítio destro ou canhoto, enquanto a outra metade não parece ser controlada pela interação com proteínas LUC7. Esse tipo de controle parece adicionar outra camada de regulação que ajuda a remover íntrons específicos de forma mais eficiente, dizem os pesquisadores.

“O artigo mostra que essas duas subclasses diferentes de sítios de splicing 5' existem e podem ser reguladas independentemente uma da outra”, diz Kenny. “Alguns desses processos de splicing de núcleo são, na verdade, mais complexos do que apreciávamos anteriormente, o que justifica um exame mais cuidadoso do que acreditamos ser verdade sobre esses processos moleculares altamente conservados.”

Trabalhos anteriores mostraram que a mutação ou deleção de uma das proteínas LUC7 que se ligam a locais de splicing destros está ligada a cânceres do sangue, incluindo cerca de 10 por cento das leucemias mieloides agudas (AMLs). Neste estudo, os pesquisadores descobriram que as AMLs que perderam uma cópia do  gene LUC7L2 têm splicing ineficiente de locais de splicing destros. Esses cânceres também desenvolveram o mesmo tipo de metabolismo alterado visto em trabalhos anteriores.

“Entender como a perda dessa proteína LUC7 em algumas AMLs altera o splicing pode ajudar no design de terapias que exploram essas diferenças de splicing para tratar AML”, diz Burge. “Existem também medicamentos de moléculas pequenas para outras doenças, como atrofia muscular espinhal, que estabilizam a interação entre o U1 snRNA e locais de splicing 5' específicos. Portanto, o conhecimento de que proteínas LUC7 específicas influenciam essas interações em locais de splicing específicos pode ajudar a melhorar a especificidade dessa classe de moléculas pequenas.”

Trabalhando com um laboratório liderado por Sascha Laubinger, professor da Universidade Martin Luther Halle-Wittenberg, os pesquisadores descobriram que os íntrons nas plantas também têm locais de splicing 5' destros e canhotos que são regulados pelas proteínas Luc7.

A análise dos pesquisadores sugere que esse tipo de splicing surgiu em um ancestral comum de plantas, animais e fungos, mas foi perdido nos fungos logo depois que eles divergiram das plantas e animais.

“Muito do que sabemos sobre como o splicing funciona e quais são os componentes principais na verdade vem de um trabalho relativamente antigo de genética de leveduras”, diz Kenny. “O que vemos é que humanos e plantas tendem a ter maquinário de splicing mais complexo, com componentes adicionais que podem regular diferentes íntrons de forma independente.”

Os pesquisadores agora planejam analisar mais detalhadamente as estruturas formadas pelas interações das proteínas Luc7 com o mRNA e o restante do spliceossomo, o que pode ajudá-los a descobrir com mais detalhes como diferentes formas de Luc7 se ligam a diferentes locais de splice 5'.

A pesquisa foi financiada pelos Institutos Nacionais de Saúde dos EUA e pela Fundação Alemã de Pesquisa.