O lado negro do genoma

O encontro do Adote um Cientista de 1º de outubro, com o pesquisador Ádamo Siena, nos fez olhar para a diversidade biológica com outros olhos. Ao nos depararmos com a diversidade dos organismos viventes – que, por si só, representa uma pequena amostragem de toda a diversidade da vida que já habitou nosso planeta – podemos nos intrigar com o fato de que todos os seres vivos possuem em comum um mesmo ancestral universal, a primeira célula (ou protocélula) que marca o surgimento da vida na Terra.
Mesmo dentro de uma única espécie, existe variação, observada a partir de diversas características que são mantidas através da passagem do material genético de um indivíduo para a geração posterior – o que chamamos de hereditariedade. Os pais trocam material genético durante a reprodução, o que culmina na formação de uma célula-ovo (zigoto) que, a partir de sucessivas divisões celulares, irá formar o embrião multicelular. No organismo adulto, por sua vez, são identificáveis centenas de tipos celulares, todas provenientes de uma única célula que carrega, em seu núcleo, metade do material genético recebido da mãe e metade do material genético recebido do pai.

 

O material genético nuclear
Se analisarmos uma única célula desse organismo pluricelular, iremos notar que 70% dela é constituída por água. Os restantes 30% são formados, principalmente, por proteínas (15%) e por RNA (6%), além de açúcares, DNA e outras substâncias (9%).
A informação genética, transmitida de uma geração para a outra (tanto em termos de reprodução, de pais para filhos, quanto em termos de divisão celular, da célula-mãe para as células-filhas), está contida no DNA. A molécula de DNA é formada por um polímero de nucleotídeos e por duas fitas antiparalelas e complementares. Os nucleotídeos, que podem ser guanina, citosina, adenina e timina, são correspondentes nas duas fitas, que são ligadas por pontes de hidrogênio: guanina se pareia com citosina, adenina com timina. A sequência desses nucleotídeos não é aleatória.
Regiões do DNA cuja sequência de nucleotídeos armazena informações e instruções para o funcionamento e para a estrutura da célula (e, por consequência, de todo o organismo) são chamadas de genes. O gene é a unidade básica e funcional da hereditariedade, responsável por codificar instruções para a produção de moléculas, como polipeptídeos (proteínas) e RNAs. 
Essas instruções são passadas do DNA para a célula através da transcrição. Durante a transcrição, a sequência de nucleotídeos dos genes serve como molde para a síntese da molécula de RNA, uma molécula que, ao contrário do DNA, é formada por uma fita simples e tem grande atuação no citoplasma.

 

Transcrição e tradução
O RNA é um polímero, também formado por nucleotídeos (no caso do RNA, guanina, citosina, adenina e uracila – esta última “substitui” a timina, exclusiva do DNA, se pareando com a adenina). Quando o RNA sintetizado durante a transcrição é um RNA mensageiro, ele passará por outro processo, a tradução, que é a síntese de proteínas (agentes funcionais e estruturais de imprescindível importância para o funcionamento da célula) a partir das instruções contidas no RNA transcrito do DNA.
Todo esse processo é bastante estudado e complexo, e muitos dos seus pormenores ainda estão sendo compreendidos pelos cientistas. Porém, essa sequência de eventos – DNA sendo transcrito em RNA, que será traduzido em proteínas – é o chamado dogma central da biologia molecular que, nas últimas décadas, precisou ser revisto e reavaliado.

 

Genes e genomas
Se olharmos para os nucleotídeos que formam os genes, podemos notar que um gene é constituído por regiões com distintas funções. A região promotora é aquela na qual a enzima responsável pela transcrição irá se ligar e que dará início ao processo. O final do gene é formado por um stop códon, uma sequência de nucleotídeos que sinalizam para essa enzima que o gene terminou e que ela pode terminar seu trabalho. Entre essas duas regiões, se encontram os éxons e os íntrons, que se intercalam. Os éxons contém a informação que estará contida no RNA final. Os íntrons, por sua vez, são regiões que serão processadas após a transcrição e eliminadas do RNA funcional, aquele que será traduzido em proteína, por exemplo.
A quantidade de íntrons varia muito de gene para gene. O gene responsável pela produção do hormônio insulina, por exemplo, é formado por 1,4Kb (1400 bases nitrogenadas, ou seja, 1400 nucleotídeos), sendo que 69% desse tamanho é referente a íntrons. O gene da distrofina possui 2400 Kb, sendo que 98% correspondem a íntrons. A beta-globina, constituinte das hemácias, possui 1423 bases nitrogenadas e 2 íntrons, um formado por 131 e outro por 851 bases. O fator VIII, por sua vez, envolvido com a coagulação do sangue, é formado por 26 éxons – e mutações nesse gene estão associadas com o surgimento da hemofilia.

Ao conjunto de genes que se encontram no DNA de uma espécie, dá-se o nome de genoma. Quando são comparados, os genomas do homem e do camundongo apresentam 85% de semelhança. Genes encontrados em ambas as espécies podem apresentar, entre si, até 99% de semelhança em sua constituição.
A quantidade de genes, em si, não diz muito sobre um organismo. Um Paramecium, organismo unicelular, possui cerca de 39 mil genes. Para o ser humano, que é um organismo pluricelular e bem mais complexo, esse número está em torno de 20-25 mil genes.

 

DNA não-codificante e RNA funcional
O estudo do genoma humano trouxe uma informação desconcertante: apenas 2% de todos os nossos genes são codificantes, ou seja, irão resultar, após a tradução, na produção de proteínas. Esse é um número muito aquém das expectativas dos pesquisadores da época.
Hoje se sabe que, nesses 98% de DNA não-codificante, 27% são regiões de íntrons e UTRs (regiões não traduzíveis, que estão na molécula de RNA mensageiro mas que não fazem parte da tradução em proteína); 25% são regiões associadas a elementos regulatórios e a genes de RNAs não codificantes; e 46% são sequências repetitivas.
Essas sequências repetitivas atuam em papeis estruturais a nível de cromossomo, como nas regiões do centrômero e dos telômeros. Já as regiões regulatórias que atuam na expressão gênica são, por exemplo, as regiões promotoras, que não são transcritas.

Lembre-se, porém, que 6% da célula é composta por RNAs. Os RNAs são moléculas que atuam de diversas maneiras no microambiente celular. Além dos já citados RNAs mensageiros, existem os RNAs funcionais, como o transportador e o ribossômico.
RNA transportador (RNAt) e RNA ribossômico (RNAr) atuam diretamente na síntese proteica, respectivamente, transportando aminoácidos e na composição dos ribossomos. RNAs pequenos, como o RNAsn (small nuclear RNA), RNAsno (small nucleolar RNA) e RNAmi (micro RNA), possuem função regulatória, como a manutenção dos telômeros, a regulação da tradução e a modificação de outros RNAs. RNAs longos não-codificáveis (lncRNA), atuam na regulação da expressão gênica, seja na fita de DNA a partir da qual foram transcritos (atuação em CIS), seja na fita oposta (atuação em TRANS), e estão envolvidos com diversos mecanismos que regulam a expressão dos genes. 
Note que todos esses exemplos são RNAs que não participam da tradução, mas que são essenciais para a manutenção de outros mecanismos e da regulação gênica na célula.

 

DNA “lixo”, o DNA duplicado
Em 1970, foi cunhado por Susumo Ohno o termo “DNA lixo”, que passou a ser utilizado, posteriormente, para se referir a todo esse material genético não codificante quando ele ainda estava sendo descoberto. Quando cunhado, porém, o termo se referia ao DNA gerado pela duplicação gênica, um mecanismo em que novo material genético é criado, com a duplicação de um gene. Ohno propôs que esse mecanismo teria um valor evolutivo importante, uma vez que o gene duplicado poderia sofrer mutações sem afetar o organismo (o outro mantém a atividade), sendo um “alívio” da seleção natural.
Genes duplicados estão associados a genes parálogos (ou seja, dois ou mais genes que tiveram uma mesma origem) e a famílias gênicas. Na Drosophila melanogaster, por exemplo, foram identificados 111 genes na família da trypsina; nos mamíferos, mais de mil membros fazem parte da família dos receptores olfativos.
Genes duplicados são importantes no processo evolutivo por estarem associados a perda e ao surgimento de características. Apesar de tê-los chamado de “DNA lixo” (o que é irônico, dada sua importância evolutiva), o termo foi revisto pelo mesmo pesquisador alguns anos depois, e passou a denominar “lixo” o DNA que sofreu mutação e perdeu a habilidade de codificar proteínas.

 

Um pouco de luz
Neste encontro, o mestrando em Genética pela Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto, Ádamo Siena, quis trazer aos alunos do programa um pouco mais sobre a história desse lado do genoma que, até pouco tempo, ainda era desconhecido pelos pesquisadores. “É o lado que ninguém tinha dado atenção porque estava fora da luz”, ele explicou, “e agora os pesquisadores começam a enxergar melhor boa parte do que não tinha sido descoberto”.
Acessando conteúdos básicos de biologia celular e molecular, Ádamo contou sobre a revolução que o entendimento do DNA não-codificante trouxe para a genética.

 

Questões trazidas pelos alunos

“O que são purinas e pirimidinas?”
Ádamo usou essa classificação para explicar as bases nitrogenadas. Segundo ele, é uma classificação estrutural dos nucleotídeos. As purinas (citosina, timina e uracila) possuem em sua estrutura molecular dois anéis de carbono, enquanto as pirimidinas (guanina e adenina) possuem apenas um. Isso afeta diretamente a capacidade de interação entre elas, de forma que purinas pareiam com pirimidinas.

“É possível acontecer algum tipo de erro nas ligações, por exemplo, ‘A’ parear com ‘G’? Ocorrerá alguma doença?”
O pesquisador contou que isso pode acontecer, mas resultaria em uma dupla fita do DNA não coesa. Isso pode afetar na hora da transcrição, com a formação de um RNA errado e também na tradução, uma vez que a proteína pode ser diferente ou defeituosa. E isso traria problemas, sim, para o organismo.

“Se ocorrer a perda de DNA, há também perda de características do corpo?”
Ádamo explicou que a isso dá-se o nome de deleção. Se as deleções do DNA, que são perdas de pares de bases, às vezes de regiões maiores, afetarem genes – codificantes ou não -, isso pode acabar trazendo consequências para a característica associada àquele gene e, algumas vezes, para estruturas inteiras.

 

O termo DNA “lixo”, debatido por Ádamo também em outra palestra que ministrou (confira o Adote em Pauta desta palestra aqui), foi amplamente utilizado para se referir ao DNA não-codificável. Neste sentido, a fala do pesquisador elucidou um pouco mais os “segredos” do núcleo celular que começam a ser desvendados aos poucos. Um entendimento que vai além da luz do conhecimento: poderá ser aplicado em benefício da própria espécie humana, que entendendo o “obscuro” do genoma, passa a entender a si mesma.

 

Galeria de Foto e Vídeo


Texto

Autoria: Vinicius Anelli

Revisão: Fernando Trigo

Diagramação

Vinicius Anelli

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