Desvendando os segredos da reparação do ADN

O nosso corpo é especialista em cuidar do nosso ADN e está constantemente a monitorizar quaisquer danos que precisem de ser reparados para nos manter saudáveis. As partes do ADN que são muito repetitivas, como a sequência que causa a doença de Huntington (DH), são muito difíceis de cuidar e o nosso corpo pode tentar repará-las, mas acaba por piorar a situação! Isto pode tornar as sequências de repetição mais longas e ainda mais tóxicas para as nossas células. Neste estudo liderado pela fundação CHDI, os investigadores analisam em detalhe as proteínas responsáveis por tornar essas sequências mais longas na DH, para que possamos ter uma melhor ideia de como funcionam e como podemos tentar pará-las. Vamos analisar mais de perto.

O fecho de correr defeituoso: como a reparação do ADN alimenta a DH

O ADN é composto por quatro letras: A, T, G e C. Sequências destas letras formam as instruções que dizem ao nosso corpo como produzir todas as diferentes proteínas de que precisamos para funcionar e ser saudáveis. Na DH, há uma sequência mais longa de repetições das letras C-A-G na sequência do gene da Huntingtina. Ao longo da vida, o tamanho destas repetições pode aumentar em algumas das células cerebrais mais afetadas pela DH. Este processo chama-se expansão somática.

Imagina que o ADN nas tuas células é como o fecho de correr de um casaco, e os dentes do fecho são as letras do ADN. Normalmente, o fecho move-se para cima e para baixo suavemente, mas pode haver pontos fracos onde é fácil formar-se uma saliência ou um laço.

Tens um alfaiate que corrige os erros do fecho, e na maioria das vezes é extremamente útil. Mas no ponto fraco do fecho, o alfaiate às vezes piora o problema e, em vez de alisar a saliência, acrescenta dentes extra ao fecho.

Agora, cada vez que o fecho é aberto e fechado, o ponto fraco tem a possibilidade de ficar maior. Na DH, o ponto fraco é como as repetições C-A-G no ADN da Huntingtina, e o alfaiate é a maquinaria de reparação do ADN na célula. Este é um importante guardião do ADN nas nossas células, particularmente para prevenir alterações na nossa sequência de ADN, que poderiam causar cancro. Apesar disto, longas repetições C-A-G, como as envolvidas na DH, podem por vezes confundir a resposta de reparação, fazendo com que as repetições fiquem ainda mais longas. Este processo chama-se expansão somática e alguns cientistas pensam que isto pode fazer com que algumas células cerebrais adoeçam.

Uma parte importante do alfaiate de reparação do ADN envolvido na expansão são duas proteínas chamadas MSH2 e MSH3. Elas trabalham juntas como uma equipa e são coletivamente conhecidas como MutSβ (pronuncia-se mute-ess-beta). Análises anteriores do ADN de milhares de indivíduos com DH mostraram-nos que o MutSβ pode influenciar a idade em que os sintomas começam. Por causa disto, o MutSβ tornou-se uma área empolgante da investigação da DH, que mostrou que impedir o MutSβ de atuar no fecho de correr danificado do ADN pode ajudar a retardar a expansão somática e a progressão da doença.

Estudos de investigação estão a mostrar cada vez mais que inibir o MSH3, ou reduzir a quantidade de MSH3 no cérebro, pode impedir que as repetições C-A-G fiquem mais longas e pode até reduzir o comprimento das C-A-G, tornando-o um alvo empolgante para potenciais novas terapias para a DH.

Dando uma espreitadela em como as proteínas de reparação de incompatibilidades funcionam

Para entender melhor como o complexo MutSβ pode piorar o fecho de correr do ADN, os autores usaram uma técnica chamada crio-microscopia eletrónica (crio-EM). Esta é uma forma de observar a forma e a estrutura das moléculas de proteínas – como tirar uma fotografia do seu aspeto num momento específico no tempo.

Imagina que queres ver como é realmente um floco de neve. Se o deixares ficar na tua luva por muito tempo depois de ter caído, ele derreterá ou mudará de forma antes que consigas ver todos os seus detalhes intrincados.

A crio-EM funciona como uma câmara para pequenos “flocos de neve” biológicos. As amostras são congeladas rapidamente para que a proteína fique presa na sua forma natural. Muitas fotografias são tiradas, o que pode capturar diferentes formas e posições que a proteína pode formar. Isto ajuda-nos a entender como as proteínas mudam de conformação para realizar as suas funções.

Neste estudo, os cientistas usaram a crio-EM para tirar uma fotografia do MutSβ tanto antes como depois de estar ligado ao ADN. Eles conseguiram produzir 9 imagens distintas do MutSβ, incluindo as seguintes condições:

• Quando não está preso ao ADN
• Quando ligado ao ADN normal sem erros
• Quando ligado ao ADN com incompatibilidades no ADN

Estas imagens mostram como o complexo MutSβ se move e muda de forma quando deteta erros no ADN. Normalmente, isto ajuda a célula a reparar o ADN, mas no caso da DH, pode piorar as coisas.

Os investigadores descobriram que a forma e a posição do MutSβ dependem de estar ou não preso ao ADN, bem como de pequenas moléculas de energia como o ATP. As moléculas de ATP são como os pacotes de energia da célula, um pouco como o combustível para um motor, que pode manter tudo a funcionar. Ambas as partes do MutSβ, MSH2 e MSH3, podem agarrar ATP e usá-lo para fazer reparações no ADN.

As fotografias do MutSβ deste estudo mostram que ele começa numa forma de grampo aberto. Este grampo aberto pode agarrar-se ao ADN e deslizar ao longo dele, procurando erros no fecho de correr do ADN. Quando um erro é encontrado, o grampo fecha-se e pode deslizar ao longo do ADN, impulsionado pelo ATP. Isto inicia os próximos passos do processo de reparação. Uma vez concluído o seu trabalho, o MutSβ usa mais ATP para se soltar do ADN.

Por que nos importamos com a estrutura do MutSβ?

Ao descobrir a forma do MutSβ com o maior detalhe possível, especialmente quando está a realizar o seu trabalho de reparação do ADN, podemos encontrar bolsas na superfície da proteína onde um futuro medicamento poderia aderir para impedir este processo de funcionar. É como procurar a chave certa que se encaixa perfeitamente numa fechadura específica. Se soubermos como é a proteína, podemos desenhar perfeitamente um medicamento que se deve ligar firmemente a algum lugar da proteína e impedi-la de funcionar. Em última análise, ser capaz de parar ou até mesmo reverter a expansão da repetição C-A-G poderia ser uma excelente via terapêutica para a DH, bem como para outras doenças que também são causadas pela expansão de repetições, incluindo várias ataxias espinocerebelares e atrofia muscular espinhal e bulbar.

Resumo:

• O MutSβ (MSH2 + MSH3) é uma máquina de reparação do ADN que normalmente ajuda a prevenir mutações causadoras de cancro.
• Na DH, o MutSβ pode às vezes acidentalmente tornar as repetições CAG no gene HTT mais longas, o que se pensa levar à morte neuronal e a uma progressão mais rápida da doença.
• Novos dados sobre a estrutura 3D das proteínas MutSβ e como esta máquina molecular funciona ajudarão no design de medicamentos que podem inibir a sua atividade, prevenindo o alongamento das repetições CAG.

Saber mais

Artigo de investigação original, “Elucidação de múltiplos estados de alta resolução do MutSβ humano por crio-EM revela a interação entre a ligação ATP/ADP e o reconhecimento de ADN heteroduplex” (acesso aberto).