Pesquisadores do Centro Donnelly de Pesquisa Celular e Biomolecular da Universidade de Toronto descobriram quase um milhão de novos éxons – trechos de DNA que são expressos em RNA maduro – no genoma humano.

As descobertas foram publicadas na revista Genome Research .

Existem cerca de 20.000 genes codificadores de proteínas em humanos que contêm aproximadamente 180.000 éxons internos conhecidos. Estas regiões codificadoras de proteínas representam apenas um por cento de todo o genoma humano. A grande maioria do que resta é um mistério – apropriadamente chamado de “genoma sombrio”.

"Começamos a desbastar o genoma escuro, encontrando quase um milhão de éxons anteriormente desconhecidos através de um método chamado exon trapping", disse Timothy Hughes, investigador principal do estudo e professor e chefe do departamento de genética molecular da U. Faculdade de Medicina Temerty de T.

"A técnica envolve um ensaio com plasmídeos para encontrar éxons em fragmentos de DNA de composição desconhecida", disse Hughes, que ocupa a Cátedra de Pesquisa do Canadá em decodificação da regulação genética e a Cátedra John W. Billes de Pesquisa Médica na U of T. "Enquanto o éxon, o trapping não é mais amplamente utilizado, mas provou ser eficaz quando usado em combinação com sequenciamento de alto rendimento para escanear todo o genoma humano”.

Os éxons são segmentos do genoma que podem codificar proteínas para direcionar o desenvolvimento dos tecidos e os processos biológicos dentro do corpo. Eles são considerados autônomos se não necessitarem de assistência externa para se transformarem em um transcrito de RNA maduro, que é então traduzido em uma proteína.

A equipe por trás do estudo foi levada a testar o modelo de definição de éxon que orienta a pesquisa em genética molecular depois de questionar uma de suas suposições - que a remoção precisa de regiões intrônicas não codificadoras de proteínas do genoma é auxiliada por indicadores claros e consistentes de onde os éxons começam e terminam. Esta suposição não parece ser válida em todos os casos, uma vez que o splicing dos éxons nem sempre ocorre sem problemas, resultando por vezes em transcritos de ARN maduros que contêm componentes não funcionais.

“Quase nenhum dos éxons recém-descobertos é encontrado consistentemente nos genomas de diferentes espécies”, disse Hughes. "Eles parecem aparecer no genoma humano principalmente devido a mutações aleatórias e é improvável que desempenhem um papel significativo em nossa biologia. Esta é uma evidência de que a evolução em humanos envolve muitas tentativas e erros - provavelmente possibilitadas pelo vasto tamanho de nosso genoma."

É útil documentar éxons mutados aleatoriamente no genoma humano, pois sua tradução pode ser potencialmente prejudicial. Longos éxons de RNA não codificantes, que são autônomos, mas muitas vezes não têm função conhecida, têm sido associados ao desenvolvimento do câncer. Dos cerca de 1,25 milhão de éxons conhecidos e desconhecidos que a equipe encontrou por meio do aprisionamento de éxons, quase quatro por cento eram longos éxons de RNA não codificantes.

Além disso, os éxons que residem em íntrons não codificantes, chamados pseudoéxons, podem sofrer mutação para tornar mais forte um local de splice fraco. Isso resulta na inclusão do éxons em uma transcrição de RNA maduro, potencialmente levando à doença.

"Este é um estudo interessante que amplia nosso conhecimento de sequências em todo o genoma humano que têm o potencial de serem reconhecidas como éxons no RNA transcrito", disse Benjamin Blencowe, professor de genética molecular na Faculdade de Medicina Temerty da U of T, que não foi envolvido no estudo.

"Embora o significado da maioria dos éxons recém-detectados não seja claro, alguns deles podem ser ativados em certos contextos - por exemplo, por mutações de doenças - e, portanto, catalogá-los é importante. Este estudo servirá ainda como um recurso valioso para facilitar o desenvolvimento contínuo esforços direcionados a decifrar o código de emenda."

Uma compreensão mais forte dos fatores que afetam a inclusão de éxon no RNA maduro pode ajudar a melhorar programas como o SpliceAI, uma ferramenta amplamente utilizada para prever locais de splicing e splicing aberrante. SpliceAI pode ser treinado em novos dados, como os produzidos por meio deste estudo, para refinar suas capacidades de previsão.

“O SpliceAI muitas vezes não fornece detalhes sobre as características dos éxons e tem pouca capacidade de prever o splicing em éxons que ainda não estão catalogados”, disse Hughes.

“Nossos dados de captura de éxon contêm informações biologicamente significativas que podem ser inseridas no SpliceAI e em outros preditores de splicing para abrir novos caminhos para explorar o genoma escuro.”