O corte do realizador: como as repetições CAG alteram a edição de mensagens genéticas
Cientistas em Massachusetts avançaram recentemente a nossa compreensão de como sequências repetitivas no DNA podem perturbar a criação e edição de moléculas mensageiras genéticas nas células, e como isto pode levar à produção de proteínas prejudiciais.
Sequências repetitivas longas de letras C-A-G no código do DNA estão associadas a pelo menos 12 doenças genéticas, incluindo a doença de Huntington (DH). Um grupo de cientistas em Massachusetts, EUA, desenvolveu recentemente uma nova estratégia genética para estudar como as repetições CAG podem levar à produção de proteínas prejudiciais nas células, fazendo com que as células se tornem pouco saudáveis. As suas descobertas mostraram que as repetições CAG expandidas podem interferir com um processo chamado ‘splicing’, que corta e organiza moléculas de mensagem genética antes de serem transformadas em proteínas.
Repetição CAG
O nosso DNA é um código genético que contém instruções para fazer milhares de proteínas diferentes, as máquinas moleculares que fazem funcionar as nossas células. Este código é feito de quatro blocos de construção ou ‘bases’: C, A, G e T. O DNA está organizado como uma escada torcida com duas cadeias de DNA ligadas numa hélice, cada uma feita de uma sequência de bases. As bases numa cadeia de DNA emparelham com bases na cadeia oposta para formar os ‘degraus’ da escada.
A DH é conhecida como uma ‘doença de expansão de repetições CAG’. Toda a gente tem uma sequência repetitiva de letras de DNA C-A-G no seu gene da huntingtina, mas as pessoas que desenvolvem DH têm mais de 36 repetições C-A-G. O número de repetições CAG pode aumentar ao longo do tempo, chamado expansão de repetições, e isto parece acontecer principalmente em células que ficam mais doentes na DH, como as células cerebrais.
Se conseguirmos compreender exatamente como uma repetição CAG mais longa faz as células ficarem doentes, poderemos conseguir manter as células cerebrais saudáveis e atrasar quando os sintomas da DH aparecem. Há também outras doenças causadas por expansões nas repetições CAG, incluindo ataxias espinocerebelares e distrofias miotónicas. Tentar encontrar semelhanças entre o que acontece nas células afetadas por estas outras doenças pode ajudar-nos a aprender mais sobre o que se passa na DH.
Cortar cenas no guião genético
Quando uma célula quer fazer uma proteína codificada por um determinado gene, as duas cadeias de DNA desenrolam-se e separam-se uma da outra. A maquinaria celular lê então o código de bases do DNA aberto e faz uma cópia dele, chamada molécula de mensagem RNA, um pouco como fazer uma fotocópia de uma receita de um livro de culinária.
No entanto, antes de qualquer molécula de mensagem RNA ser lida pelo próximo conjunto de maquinaria celular para fazer a proteína correspondente, um processo essencial precisa de ter lugar. Tal como editar cenas desnecessárias de um filme para fazer uma versão final polida, este processo envolve editar a mensagem RNA para remover todas as partes prolixas do código genético copiado do DNA que não são realmente necessárias para fazer uma proteína. O processo de passar da molécula de mensagem RNA não editada para uma mensagem mais curta e sucinta chama-se ‘splicing’. Durante o splicing, secções não essenciais da mensagem não editada são cortadas e as secções importantes que restam são coladas para produzir o que é conhecido como RNA ‘maduro’. Este produto final de RNA maduro tem apenas as instruções necessárias que a célula precisa para fazer proteínas.
As repetições CAG expandidas podem causar reviravoltas no enredo genético
Em doenças causadas por CAGs em expansão, a repetição CAG no DNA é copiada para a mensagem RNA, o que pode causar a produção de proteínas anormais. No caso da DH, é feita uma versão extra-longa da proteína huntingtina. Um grupo de cientistas liderado pelo Dr. Jain em Cambridge, Massachusetts, descobriu anteriormente que mensagens RNA contendo repetições, juntamente com as proteínas feitas a partir delas, combinam-se para formar aglomerados tóxicos nas células que podem causar danos graves.
Para descobrir exatamente como repetições CAG mais longas causam a produção de RNA e proteínas prejudiciais, Rachel Anderson e colegas da equipa de Jain desenvolveram recentemente um novo método inteligente para observar em detalhe a mensagem genética precisa em moléculas de RNA contendo grandes repetições CAG. Curiosamente, descobriram que as repetições CAG no RNA causam erros durante o splicing dessa molécula de mensagem RNA. As repetições CAG expandidas no RNA fazem com que outras secções da molécula de mensagem, por vezes longe da própria repetição CAG, sejam cortadas e coladas na repetição ou junto dela durante o splicing.
Aqui, a repetição CAG expandida pode atuar como os créditos de abertura de um filme, nos quais as cenas finais do filme são erradamente inseridas fora de ordem. Quando isto acontece, o enredo do filme já não faz sentido. Da mesma forma, a mensagem RNA final não faz muito sentido quando outras secções de informação genética são inseridas na repetição CAG durante o splicing. Isto leva à criação de muitos RNAs maduros contendo repetições diferentes com sequências inesperadas.
Os investigadores descobriram que quanto mais longa a repetição CAG na mensagem RNA, mais eventos de splicing defeituosos ocorriam. Isto é interessante porque o número de CAG na DH acompanha a idade em que os sintomas começam e a velocidade com que progridem. Os investigadores mostraram que quando pararam todos os eventos de splicing nas células usando um químico, as mensagens RNA contendo repetições não formaram aglomerados nas células e por isso não causaram toxicidade celular.
Falhas na produção de proteínas
Até agora, estes resultados explicam como as repetições CAG expandidas levam a mensagens RNA maduras anormais e incorretamente processadas, mas o que acontece quando estas mensagens são lidas para fazer proteínas? Qualquer RNA maduro que esteja pronto para ser lido pela maquinaria celular para fazer uma proteína contém um sinal de ‘início’, como um semáforo verde. Os investigadores descobriram que por vezes quando RNAs contendo repetições são incorretamente processados, mais destes sinais de início são encontrados antes da repetição, fazendo com que muitas proteínas diferentes sejam feitas a partir de uma única mensagem RNA do que o normal. Os investigadores alteraram estes sinais de início nos RNAs contendo repetições CAG para os desligar e descobriram que isto impediu que proteínas anormais fossem feitas.
Crédito da imagem: Friva
Os investigadores também estudaram as mensagens RNA contendo CAGs que foram copiadas de genes associados a doenças de expansão de repetições CAG, incluindo ataxia espinocerebelar e distrofia miotónica. Os investigadores mostraram que CAGs expandidos copiados destes genes também causaram splicing anormal na repetição, que novamente continha mais sinais de início de leitura de proteínas que podem causar a produção de mais proteínas anormais.
O que significa isto para as doenças de expansão de repetições CAG?
Compreender como processos importantes nas células são impactados por repetições CAG longas pode ajudar os investigadores a juntar as peças de exatamente como as células se tornam pouco saudáveis nas doenças de expansão de repetições CAG e apontar quais processos podem ser visados com terapêuticas. As descobertas deste estudo acrescentam outra peça ao puzzle do que acontece nas células, sugerindo que repetições CAG expandidas no RNA interferem com o splicing, o que pode levar à produção de proteínas prejudiciais.
Importante, estas experiências foram realizadas em tipos de células, como células renais, que são fáceis de cultivar e gerir no laboratório mas não são as mais afetadas pela DH. Portanto, estas células podem não refletir com precisão o que causa as células a ficarem doentes na DH. É necessário muito mais trabalho observando como repetições expandidas alteram o splicing de RNA e a produção de proteínas em modelos celulares e animais da DH. Não obstante, visar o splicing pode ser uma via potencialmente emocionante que os investigadores podem seguir para desenvolver medicamentos para a DH e outras doenças de expansão de repetições.
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