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Significados ocultos do código genético

Está tudo no código: eficiência da produção de proteínas pode ser prevista a partir da sequência genética
Cientistas da UFRJ exploraram bases de dados de mRNA e proteína e desvendaram significados ocultos do código genético

Atualmente, milhares de bases de dados contendo dados biol√≥gicos est√£o dispon√≠veis publicamente. Nelas est√£o inclu√≠das informa√ß√Ķes sobre genes e sequ√™ncias proteicas, al√©m de m√©tricas detalhadas de diferentes par√Ęmetros celulares, como a quantidade exata de todas as prote√≠nas produzidas e degradadas por uma determinada c√©lula em diferentes condi√ß√Ķes de experimento. Pesquisadores brasileiros exploraram as bases referentes a mRNA e prote√≠nas e descobriram que a escolha de sequ√™ncias gen√©ticas pode prever diferentes aspectos da s√≠ntese proteica, como a efici√™ncia de produ√ß√£o das prote√≠nas. O estudo, publicado no peri√≥dico Nucleic Acids Research, pode contribuir para o desenvolvimento de novas aplica√ß√Ķes biotecnol√≥gicas voltadas para genes e prote√≠nas.

A informa√ß√£o gen√©tica contida no n√ļcleo celular na forma do DNA √© copiada em RNAs mensageiros (mRNA). Diferente do DNA, os mRNAs s√£o mol√©culas din√Ęmicas e inst√°veis que deixam o n√ļcleo da c√©lula e s√£o traduzidas pelos ribossomos, estruturas respons√°veis por converter uma sequ√™ncia de nucleot√≠deos do RNA (e do DNA) em uma sequ√™ncia de amino√°cidos, formando prote√≠nas. Cada amino√°cido corresponde a uma ou mais combina√ß√Ķes de tr√™s nucleot√≠deos, chamadas c√≥don. Como um mesmo amino√°cido pode ser traduzido a partir de diferentes c√≥dons, o c√≥digo gen√©tico √© considerado degenerado (ou redundante).

Cientistas j√° sabem que, apesar de uma mesma prote√≠na ser produzida a partir de sequ√™ncias gen√©ticas variadas, algumas combina√ß√Ķes resultam em maiores produ√ß√Ķes proteicas. Sabem tamb√©m que c√≥dons √≥timos e n√£o √≥timos podem, respectivamente, diminuir ou aumentar a degrada√ß√£o do mRNA. Diferentes grupos j√° buscaram calcular as taxas de degrada√ß√£o e de produ√ß√£o do mRNA a partir dos dados existentes. A dificuldade, por√©m, est√° na surpreendente quantidade de dados divergentes.

Liderados pelos professores Fernando Palhano e Tatiana Domitrovic, pesquisadores da Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ) sintetizaram conjuntos de dados aparentemente d√≠spares e ampliaram o conhecimento de como a escolha da sequ√™ncia gen√©tica pode prever diferentes aspectos da s√≠ntese de prote√≠nas, como estabilidade do mRNA e efici√™ncia produtiva. Os cientistas usaram uma m√©trica derivada da composi√ß√£o do c√≥don de mRNA para comparar os dados existentes com diferentes par√Ęmetros celulares. A partir disso, descobriram que essa m√©trica tem correla√ß√£o com a abund√Ęncia e a efici√™ncia de produ√ß√£o proteicas, indicando os conjuntos de dados sobre decl√≠nio de mRNA mais coerentes. O trabalho reitera que a degrada√ß√£o do mRNA est√° de alguma forma conectada √† efici√™ncia de produ√ß√£o proteica. ‚ÄúMesmo prote√≠nas necess√°rias em grandes quantidades sob condi√ß√Ķes espec√≠ficas, como resposta a estresse, t√™m sua sequ√™ncia gen√©tica otimizada para uma tradu√ß√£o eficiente‚ÄĚ, explica Palhano.

Palhano e Domitrovic trabalharam com Rodolfo Carneiro e outros pesquisadores, que identificaram um grupo de prote√≠nas em baixa abund√Ęncia codificadas por um subconjunto de c√≥dons n√£o √≥timos. Conforme mostrado no artigo publicado no Nucleic Acids Research, a escolha do c√≥don √© vital n√£o apenas para garantir alta produ√ß√£o proteica, mas tamb√©m para controlar o total de prote√≠nas que devem ser produzidas em quantidades pequenas, como as regulat√≥rias.

A quantidade de prote√≠nas produzidas √© fundamental para a manuten√ß√£o do funcionamento do organismo. ‚ÄúMuitas doen√ßas humanas, como fibrose c√≠stica e c√Ęncer, s√£o causadas por uma produ√ß√£o proteica ineficiente ou desbalanceada‚ÄĚ, diz Domitrovic. ‚ÄúDe uma perspectiva pr√°tica, compreender a rela√ß√£o entre a sequ√™ncia gen√©tica e a produ√ß√£o proteica pode ter um impacto profundo tanto na medicina como na bioengenharia‚ÄĚ, complementa.

Os autores destacam tamb√©m que muitas muta√ß√Ķes gen√©ticas ‚Äúsilenciosas‚ÄĚ - isto √©, que alteram a sequ√™ncia do c√≥don, mas n√£o o amino√°cido codificado - podem levar a mudan√ßas significativas nas taxas de produ√ß√£o proteica, o que pode causar doen√ßas. Selecionar cuidadosamente a sequ√™ncia gen√©tica permitir√° finalmente ajustar a produ√ß√£o de prote√≠nas e impulsionar aplica√ß√Ķes biotecnol√≥gicas de genes e prote√≠nas.

Intitulado "Codon stabilization coefficient as a metric to gain insights into mRNA stability and codon bias and their relationships with translation", o artigo foi publicado no Nucleic Acids Research. O release em ingl√™s est√° dispon√≠vel no EurekAlert!

Legenda: O ribossomo traduz mais rápido genes enriquecidos com códons ótimos (círculos verdes) que aqueles com códons não ótimos (círculo vermelho). Isso traz consequências para a estabilidade do mRNA e para a quantidade de proteína sintetizada.

Cr√©dito: Rodolfo Carneiro

 
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Por Luana Rocha (AsCom INBEB)
Publicado em 11/02/2019

 
     
     
   
     
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