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Caudas moleculares são ingredientes secretos para a ativação de genes em seres humanos, leveduras e outros organismos
Pode parecer que os humanos têm pouco em comum com a célula de levedura. Os seres humanos têm cabelos, pele, músculos e ossos, entre outros atributos. O fermento não tem nada disso.
Por Caltech - 15/07/2020



Mas, além de suas diferenças óbvias, o fermento e os seres humanos, e grande parte da vida, têm muito em comum, especialmente no nível celular. Uma dessas semelhanças é a enzima que nossas células usam para fazer cópias de RNA de seções do nosso DNA. A enzima desliza ao longo de uma fita de DNA que foi descompactada do cromossomo em que reside, para "ler" o código genético e, em seguida, monta uma fita de RNA que contém o mesmo código. Esse processo de cópia, conhecido como transcrição, é o que acontece em nível molecular quando um gene é ativado em um organismo. A enzima responsável por isso, a RNA polimerase, é encontrada em todas as células eucarióticas (células com um núcleo) e é essencialmente a mesma em todas elas, sejam as células de sequóia, minhoca, caribu ou cogumelo.

Porém, esse fato apresentou um mistério para os cientistas: embora o DNA em uma célula de levedura seja diferente de muitas maneiras do DNA de uma célula humana, a mesma enzima é capaz de trabalhar com ambos. Agora, uma equipe de pesquisadores da Caltech descobriu uma maneira de isso acontecer.

Em um artigo publicado na edição de 15 de julho da Molecular Cell, a equipe, que inclui Paul Sternberg , professor de biologia de Bren e estudante de graduação Porfirio Quintero Cadena, mostra que a enzima é biologicamente adaptada para combinar com diferentes tipos de DNA através da adição de uma cauda de aminoácidos (os aminoácidos são os blocos de construção de proteínas e enzimas) cujo comprimento se correlaciona com o comprimento do DNA com o qual a enzima trabalha. Quanto maior o DNA, maior a cauda de aminoácidos.

"Uma questão interessante foi como a ampla variedade molecular de espécies na Terra pode usar o mesmo mecanismo de ativação gênica", diz Quintero Cadena. "Especificamente, porque esse mecanismo exige que duas partes de uma molécula de DNA se juntem, seria mais difícil para espécies com longas moléculas de DNA transcreverem genes".

"No curto prazo, isso muda de maneira sutil, mas importante, o desenho animado em nossas cabeças de como as moléculas interagem para ativar um gene", diz ele. "A longo prazo, uma melhor compreensão da ativação de genes mostra uma imagem mais completa do funcionamento interno de uma célula, o que pode nos ajudar a entender como as coisas que dão errado em uma célula podem contribuir para doenças e, de maneira mais geral, entender como as células mudar ao longo do tempo para se adaptar em diferentes ambientes ".


Para visualizar como as caudas de aminoácidos ajudam as enzimas a trabalhar com dois pedaços de uma longa molécula de DNA, ajuda a imaginar as caudas e o DNA como pedaços de velcro, com a enzima composta por duas metades de velcro que cada uma trava em uma seção complementar de DNA . Para começar a transcrever o DNA no RNA, as duas metades precisam "se encontrar" e se conectar. Esse processo de vinculação é realmente bastante arbitrário. Os dois pedaços de DNA se movem aleatoriamente dentro da célula até que colidam um com o outro.

Caudas de aminoácidos mais longas não aumentam as chances desses encontros aleatórios, mas tornam as enzimas mais "pegajosas"; portanto, quando elas se chocam, é mais provável que elas permaneçam juntas.

Essa não é a única maneira que as caudas de aminoácidos auxiliam na transcrição do DNA, no entanto. Quintero Cadena diz que, ao reunir mais enzimas, as caudas às vezes também podem criar uma organela sem membrana, essencialmente uma zona dentro da célula onde a transcrição do DNA está localizada. Geralmente, cada organela de uma célula pode ser pensada como um objeto discreto, cercado por sua própria membrana - uma que possui seu conteúdo. No entanto, a pesquisa da equipe mostra que, quando se trata de polimerase, suas caudas ajudam as enzimas a se agruparem em um local sem precisar ser contidas por uma membrana. Isso ocorre porque as caudas de aminoácidos ligadas à enzima polimerase têm uma afinidade maior por outras caudas de aminoácidos do que pelo fluido que preenche a célula.

No entanto, Quintero Cadena acrescenta que, diferentemente do óleo, que não tem afinidade com a água, as caudas de aminoácidos podem ser quimicamente adaptadas pela célula para ter tanta ou pouca afinidade por outros conteúdos celulares, conforme necessário. Isso permite que a célula ajuste a força com que as enzimas se juntam.

Quintero Cadena diz que essas descobertas fornecem uma ideia mais clara de como os genes são ativados em uma célula e como a mesma maquinaria celular se adaptou através da evolução para funcionar em organismos muito diferentes.

"No curto prazo, isso muda de maneira sutil, mas importante, o desenho animado em nossas cabeças de como as moléculas interagem para ativar um gene", diz ele. "A longo prazo, uma melhor compreensão da ativação de genes mostra uma imagem mais completa do funcionamento interno de uma célula, o que pode nos ajudar a entender como as coisas que dão errado em uma célula podem contribuir para doenças e, de maneira mais geral, entender como as células mudar ao longo do tempo para se adaptar em diferentes ambientes ".

O artigo com suas descobertas é intitulado " Comprimento e desordem do RNA Pol II possibilitam o dimensionamento cooperativo da explosão transcricional". Além de Quintero Cadena e Sternberg, da Caltech, o artigo é co-escrito por Tineke L. Lenstra, do Netherlands Cancer Institute.

O apoio à pesquisa foi fornecido pelo Instituto Médico Howard Hughes, pela Fundação Médica Gordon Ross e pelas Bolsas de Estudo Benjamin M. Rosen.

 

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