Novo mapa de RNA lança luz sobre mistérios da regulação genética

Um novo estudo investiga os mecanismos de regulação genética.

Pesquisadores da Arizona State University fizeram um grande avanço na compreensão da regulação genética em organismos vivos. O estudo, publicado recentemente no periódico Pesquisa de ácidos nucléicosdestaca o papel crucial de ARN fragmentos no pequeno verme redondo transparente Caenorhabditis elegans (C. elegans).

O estudo fornece um mapa detalhado das regiões 3'UTR do RNA em C. elegans. 3'UTRs (regiões não traduzidas) são segmentos de RNA envolvidos na regulação genética.

O novo mapa é uma ferramenta valiosa para cientistas que estudam como ADN genes são ligados e desligados após serem transcritos em RNA. Usando esses dados, cientistas podem fazer previsões aprimoradas de como pequenas moléculas de RNA (miRNAs) interagem com genes para controlar sua atividade. Os pesquisadores também exploraram regiões cruciais dos 3'UTRs que ajudam no processamento e regulação de moléculas de RNA.

Ao estudar o material genético neste organismo modelo, os pesquisadores estão obtendo insights mais profundos sobre os mistérios do comportamento genético, esclarecendo processos biológicos fundamentais essenciais para a saúde e as doenças humanas.

“Este trabalho monumental representa o ápice de 20 anos de trabalho duro. Finalmente temos o quadro completo de como os genes são formados em organismos superiores”, diz Marco Mangone, autor correspondente do novo estudo. “Com este conjunto de dados completo, agora podemos identificar e estudar todos os elementos reguladores e de processamento dentro dessas seções de genes. Esses elementos determinam a duração da expressão gênica, suas localizações específicas dentro das células e o nível de expressão necessário.”

Os genes são apenas metade da história

Genes são segmentos de DNA que contêm os projetos para uma diversidade surpreendente de vida na Terra. No entanto, parte do segredo dessa versatilidade não está nos genes em si, mas em como seus efeitos são delicadamente ajustados. Os genes fornecem as instruções para a produção de proteínas, que desempenham papéis essenciais na construção e reparação de células e tecidos, acelerando reações químicas e defendendo o corpo contra patógenos.

Marco Mangone é pesquisador no Biodesign Virginia G. Piper Center for Personalized Diagnostics e professor na School of Life Sciences da ASU. Crédito: The Biodesign Institute da Arizona State University

Para produzir proteínas, os genes requerem uma molécula intermediária chamada RNA. Durante esse processo, o DNA é primeiro copiado em RNA, que atua como uma ponte entre o molde de DNA e as proteínas resultantes. Embora nosso genoma de DNA seja fixado desde o nascimento, o RNA fornece ao corpo uma flexibilidade enorme ao regular como os genes são expressos.

Depois que as instruções genéticas são transcritas do DNA para o RNA mensageiro (mRNA), segmentos especializados do mRNA — os 3'UTRs — podem regular como as proteínas são produzidas.

3'UTRs são seções de RNA localizadas no final de uma molécula de RNA mensageiro. Elas ajudam a governar como e quando as proteínas são feitas controlando a estabilidade e a eficiência do mRNA. Essa regulação permite respostas dinâmicas a mudanças ambientais e permite o controle sobre a produção de proteínas, o que é essencial para a adaptação a várias necessidades fisiológicas.

3'UTRs reconsiderados

Inicialmente, RNAs não codificantes como 3'UTRs eram considerados fragmentos genéticos não essenciais porque eles próprios não codificam proteínas. No entanto, pesquisas recentes revelam que eles são cruciais para modificar o comportamento do gene e influenciar a estabilidade, localização e eficiência da tradução do mRNA. A tradução se refere ao processo de conversão de RNA em proteínas compostas de sequências de aminoácidos.

3'UTRs são parte integrante de um sistema sofisticado e altamente adaptável de verificações e balanços na produção de proteínas. Além disso, esses elementos reguladores de RNA frequentemente contêm sítios de ligação para outros elementos responsáveis ​​pela regulação de proteínas, incluindo microRNAs e proteínas de ligação de RNA.

Apesar de sua importância, os cientistas sabiam pouco sobre eles anteriormente. O novo estudo aborda essa lacuna mapeando 3'UTRs para quase todos os genes em C. elegans, fornecendo o mapa mais completo desse tipo para qualquer animal.

Uma janela para a função genética e a doença

C. elegans é um nematoide pequeno e transparente que é um dos organismos modelo mais extensivamente estudados em pesquisa biológica. Sua importância está em sua simplicidade, ciclo de vida curto e estrutura genética bem mapeada.

O organismo compartilha muitas vias biológicas essenciais com os humanos, o que o torna inestimável para estudar a função genética, o desenvolvimento e os processos de doenças. Seu corpo transparente permite que os pesquisadores observem os processos celulares em tempo real, e sua composição genética permite a manipulação precisa dos genes.

Essas características fazem do C. elegans uma ferramenta poderosa para descobrir mecanismos fundamentais da biologia que muitas vezes são conservados em espéciesincluindo humanos.

O estudo descobriu que o processo de troca entre diferentes 3'UTRs é menos comum em C. elegans do que se pensava anteriormente. Isso desafia crenças anteriores e destaca a complexidade da regulação genética. Usando os novos dados, os cientistas atualizaram as previsões de como os microRNAs interagem com os genes.

Os insights obtidos com o novo estudo têm implicações de longo alcance para a saúde humana. Problemas com o controle genético podem levar a doenças como câncer, diabetes e distúrbios neurológicos. Ao fornecer um mapa detalhado de 3'UTRs e seus elementos regulatórios, a pesquisa oferece novos insights que podem levar a melhores tratamentos e terapias.

O novo conjunto de dados produzido no estudo será um recurso essencial para cientistas que estudam genética e saúde humana. A equipe da ASU planeja continuar sua pesquisa para explorar mais a fundo como esses elementos regulatórios funcionam e sua influência crítica no controle genético.

Referência: “Uma análise abrangente de 3′UTRs em Caenorhabditis elegans” por Emma Murari, Dalton Meadows, Nicholas Cuda e Marco Mangone, 25 de junho de 2024, Pesquisa de ácidos nucléicos.
DOI: 10.1093/nar/gkae543