Pesquisadores da Universidade do Texas em Dallas deram um passo importante para explicar por que células geneticamente idaªnticas podem produzir quantidades varia¡veis ​​da mesma protea­na associada ao mesmo gene.

Em um estudo publicado em 18 de agosto e publicado na edição impressa de 18 de setembro da revista Nucleic Acids Research, os pesquisadores demonstraram que a maioria das flutuações na expressão gaªnica entre células idaªnticas ocorre na primeira etapa da produção de protea­nas, chamada de transcrição.

Entender por que e como essas flutuações, ou rua­do celular, ocorrem éum problema fundamental de bioengenharia, disse o Dr. Leonidas Bleris, professor associado de bioengenharia na Escola de Engenharia e Ciência da Computação Erik Jonsson e membro, Cecil H. e Ida Green Professor em Sistemas Biology Science.

“A busca para entender o rua­do celular éimpulsionada principalmente por nosso interesse em aplicar a engenharia a  biologia. Parafraseando [o fa­sico] Richard Feynman, entendendo, seremos capazes de criar ”, disse Bleris, o autor correspondente do estudo. “Estamos interessados ​​em aplicar o controle nas células para atingir os objetivos desejáveis. As aplicações variam de terapia genanãtica sofisticada a vias de engenharia para produzir compostos valiosos. ”

Quase todas as células do corpo de uma pessoa contem o mesmo DNA, o conjunto mestre de instruções genanãticas para fazer as protea­nas complexas que fazem a maior parte do trabalho biola³gico. Segmentos de DNA chamados genes codificam protea­nas especa­ficas. Mas a quantidade de protea­na produzida por um determinado gene - conhecida como expressão gaªnica - pode variar não apenas entre as pessoas, mas também entre células idaªnticas na mesma pessoa. Essa flutuação na expressão gaªnica entre células idaªnticas échamada de rua­do celular.

Usando uma combinação de experimentos e teoria, Bleris e seus colegas analisaram cada esta¡gio do processo pelo qual as informações no DNA são convertidas em protea­nas, um processo conhecido como o dogma central da biologia molecular.

O processo comea§a com a transcrição de um gene, no qual as informações do DNA são copiadas para um tipo relacionado de material genanãtico chamado RNA. A canãlula então usa as informações do RNA para construir protea­nas.

Para entender a fonte do rua­do celular, os pesquisadores do Bleris Lab desenvolveram circuitos genanãticos personalizados, uma abordagem de biologia sintanãtica que permitiu a  equipe isolar cada etapa do processo de fabricação de protea­na padra£o.

Em seguida, a equipe usou a ferramenta de edição de genes CRISPR para inserir ca³pias únicas desses circuitos cirurgicamente em uma localização gena´mica predeterminada em células humanas. Essa combinação de biologia sintanãtica e edição de genoma possibilitou a  equipe analisar as flutuações nas células em diferentes esta¡gios do processo de produção de protea­nas e apontar a transcrição como a fonte do rua­do.

O  Praªmio Nobel de Quí­mica de 2020 foi concedido em 7 de outubro a dois cientistas que desenvolveram a tesoura genanãtica CRISPR / Cas9 - Dra. Emmanuelle Charpentier, diretora da Unidade Max Planck para a Ciência de Pata³genos em Berlim, e Dra. Jennifer Doudna, uma bioquímica na Universidade da Califa³rnia, Berkeley e um investigador do Howard Hughes Medical Institute. 

Compreender as diferenças em como as células geneticamente idaªnticas se comportam pode ajudar os cientistas a desenvolver terapias direcionadas mais eficazes, disse Bleris.

“Eventualmente, uma vez que tenhamos uma melhor compreensão de como nossos genes operam em seu ambiente intrinsecamente flutuante, seremos capazes de criar uma classe mais sofisticada de terapias genanãticas que podem abordar mais apropriadamente as doenças que afligem a humanidade”, disse Tyler Quarton PhD ' 19, um dos principais autores do estudo.

A pesquisa também levanta questões para um estudo mais aprofundado.

“Compreender as fontes de rua­do abre caminho para fazer novas perguntas: Qual éa função biológica do rua­do? O rua­do éusado pelas células para introduzir diversidade ou ésimplesmente um incômodo? ” explicou Taek Kang, um estudante de doutorado em engenharia biomédica, Eugene McDermott Graduate Fellow e co-autor principal.

A equipe também incluiu Vasileios Papakis BS'20; Khai Nguyen, saªnior de engenharia biomédica; Chance Nowak, estudante de doutorado em biologia celular e molecular; e o Dr. Yi Li, um cientista pesquisador em bioengenharia.