O Tesouro De Novos Sistemas CRISPR É Promissor Para A Edição Do Genoma

Por Sara Heardon | Nature

23.Novembro.2023

O sistema CRISPR – Cas9 (foto) é usado para encontrar e cortar sequências específicas de DNA. Credit: Carlos Clarivan/Science Photo Library

---

CRISPR–Cas9 é mais conhecido como uma ferramenta de laboratório para edição de DNA, mas sua função natural é como parte do sistema imunológico que ajuda certos microrganismos a combater vírus. Agora, os pesquisadores usaram um algoritmo para classificar milhões de genomas para encontrar novos e raros tipos de sistema CRISPR que poderiam eventualmente ser adaptados em ferramentas de edição de genoma.

“Estamos simplesmente impressionados com a diversidade dos sistemas CRISPR”, afirma Feng Zhang, bioquímico do Instituto de Tecnologia de Massachusetts, em Cambridge, e coautor de um artigo de 23 de novembro na revista Science que descreve os sistemas[1]. “Fazer essa análise nos permite matar dois coelhos com uma cajadada só: ambos estudam biologia e também potencialmente encontram coisas úteis.”

Bactérias unicelulares e archaea usam sistemas CRISPR para se defenderem contra vírus conhecidos como bacteriófagos. Os sistemas geralmente têm duas partes: moléculas de “RNA guia” que reconhecem e se ligam ao DNA ou RNA do fago, e enzimas que cortam ou de outra forma interferem no material genético no local indicado pelo RNA guia.

Até agora, os pesquisadores identificaram seis tipos de sistema CRISPR, designados I – VI. Estes têm propriedades diferentes, incluindo o tipo de enzima que utilizam e como reconhecem, se ligam e cortam o RNA ou o DNA.

O sistema CRISPR-Cas9 comumente usado para engenharia genética é classificado como tipo II, mas as características de outros tipos de CRISPR podem torná-los úteis para outras aplicações.

▪️ Sequências semelhantes

Para encontrar diversos sistemas CRISPR na natureza, Zhang, o bioengenheiro do MIT Han Altae-Tran e seus colegas desenvolveram um algoritmo chamado FLSHclust, que analisa sequências genéticas em bancos de dados públicos.

Estas bases de dados contêm centenas de milhares de genomas de bactérias e arquéias, centenas de milhões de sequências que não foram ligadas a uma espécie específica e milhares de milhões de genes que codificam proteínas. FLSHclust encontrou genes associados ao CRISPR procurando semelhanças entre sequências genéticas e agrupando-as em cerca de 500 milhões de clusters.

Ao observar a função prevista dos clusters, os investigadores encontraram cerca de 130.000 genes associados de alguma forma ao CRISPR, 188 dos quais nunca tinham sido vistos antes, e testaram vários em laboratório para descobrir o que fazem. As suas experiências revelam várias estratégias que os sistemas CRISPR utilizam para atacar bacteriófagos, incluindo desenrolar a dupla hélice do DNA e cortar o DNA de forma a permitir a inserção ou eliminação de genes.

Eles também identificaram fragmentos de DNA “anti-CRISPR” que podem ajudar um fago a escapar das defesas bacterianas.

Entre os novos genes estava o código para um sistema CRISPR totalmente desconhecido que tem como alvo o RNA, que a equipe apelidou de tipo VII. O coautor Eugene Koonin, biólogo do Centro Nacional de Informações sobre Biotecnologia em Bethesda, Maryland, diz que é cada vez mais difícil encontrar novos sistemas CRISPR. O tipo VII – e quaisquer outros tipos que ainda não tenham sido identificados – devem ser extremamente raros na natureza, acrescenta.

“Provavelmente serão necessários esforços monumentais para encontrar o próximo tipo.”

É difícil saber se certos tipos de sistemas CRISPR são raros porque geralmente não são úteis para microrganismos ou se estão especificamente adaptados a um organismo que vive num ambiente específico, diz Christine Pourcel, microbiologista da Universidade Paris-Saclay. Ela acrescenta que, como os bancos de dados genéticos utilizados no estudo incluem fragmentos de genomas que não estão ligados a organismos específicos, será difícil estudar o papel de alguns dos novos sistemas.

▪️ Resultado impressionante

O algoritmo em si é um grande avanço, na medida em que permitirá aos investigadores procurar outros tipos de proteínas entre espécies, diz Chris Brown, bioquímico da Universidade de Otago em Dunedin, Nova Zelândia. “Estou impressionado com o que eles puderam fazer”, diz ele.

“É um tesouro para os bioquímicos”, concorda Lennart Randau, microbiologista da Universidade de Marburg, na Alemanha.

O próximo passo, diz ele, será descobrir os mecanismos através dos quais as enzimas e os sistemas funcionam e como poderão ser adaptados à engenharia biológica.

Brown diz que algumas proteínas CRISPR cortam o DNA aleatoriamente e são inúteis para a engenharia. Mas elas são tão precisas na detecção de sequências de DNA ou RNA que podem ser boas ferramentas de diagnóstico ou de pesquisa.

É muito cedo para dizer se os sistemas CRISPR tipo VII ou qualquer outro gene identificado pelo FLSHclust serão úteis para a engenharia genética, diz Altae-Tran, mas eles têm algumas propriedades que podem ser úteis. O tipo VII, por exemplo, envolve apenas alguns genes que poderiam facilmente caber em um vetor viral e ser entregues nas células.

Por outro lado, alguns dos outros sistemas que a equipe encontrou contêm RNAs-guia muito longos, potencialmente permitindo-lhes atingir sequências genéticas específicas com uma precisão sem precedentes.

[Ênfase adicionada]

---

Referencias

[1] Altae-Tran, H. et al. Science 382, eadi1910 (2023).

Article Google Scholar

Estudo Mostra Que Os Genes São Lidos Mais Rápido E De Forma Mais Descuidada Na Velhice

Pela Universidade de Colônia | Phys.Org

12.04.2023

Efeitos moleculares e de vida útil da redução da velocidade de alongamento de Pol II em C. elegans e D. melanogaster. a, Diferenças das velocidades médias de alongamento Pol II entre mutantes Pol II e vermes de tipo selvagem (WT) (esquerda; 509 íntrons) e moscas (direita; 1.354 íntrons). As barras de erro mostram variação mediana ± 95% CI. Todas as mudanças médias das velocidades de alongamento Pol II são significativamente diferentes de zero (P < 0,001; teste de Wilcoxon pareado bilateral). Os círculos vazios indicam os resultados usando todos os íntrons que passam pelos critérios de filtro iniciais, enquanto os círculos sólidos mostram os resultados dos íntrons com efeitos consistentes nas replicações. A linha tracejada em 0 indica nenhuma alteração como auxílio visual. b, Curvas de sobrevivência de vermes com a mutação ama-1(m322) (esquerda; réplica 1) e moscas com o RpII215 C4mutação (à direita; curva de sobrevida média). n = 4 réplicas para vermes e 3 réplicas para moscas. Animais com Pol II lento têm uma expectativa de vida significativamente aumentada (+20% e +10% de aumento médio da expectativa de vida para C. elegans (n = 120; P < 0,001, teste de log-rank) e D. melanogaster (n = 220; P < 0,001, teste log-rank), respectivamente). Crédito: Nature (2023). DOI: 10.1038/s41586-023-05922-y

---

Rápido, mas desleixado, é assim que a transcrição dos genes muda com a idade. Seis grupos de pesquisa do Cluster de Excelência em Respostas ao Estresse Celular em Doenças Associadas à Idade (CECAD) da Universidade de Colônia, do Instituto Max Planck de Biologia do Envelhecimento (MPI) de Colônia e da Universidade de Göttingen descobriram um novo mecanismo molecular que contribui para envelhecimento estudando o processo de transcrição em cinco organismos modelo diferentes e em uma ampla variedade de tecidos.

O envelhecimento PREJUDICA uma ampla gama de processos celulares, muitos dos quais afetam a qualidade e a concentração de proteínas.

Entre esses processos, a LEITURA de genes conhecida como transcrição é PARTICULARMENTE IMPORTANTE, por ser um dos principais reguladores dos níveis de proteína.

Embora os especialistas soubessem que a expressão gênica, ou seja, a conversão da INFORMAÇÃO genética em proteínas, muda com a idade, e também que o CONTROLE da expressão gênica pode ser PREJUDICADO, não ficou claro se a precisão do próprio processo de transcrição muda com a idade e se tal mudança teria consequências relevantes para os organismos.

É exatamente isso que os pesquisadores puderam demonstrar agora, o que deixa Andreas Beyer, líder do grupo de trabalho do CECAD e professor do Instituto de Genética da Faculdade de Matemática e Ciências Naturais da Universidade de Colônia, extremamente feliz: “Este foi um grande projeto colaborativo de vários anos envolvendo várias equipes do cluster CECAD e outras instituições científicas. Dados de cinco espécies tiveram que ser gerados e analisados.

Somente combinando nossa experiência foi possível estudar tantas espécies e tipos de dados.”

De fato, os 26 cientistas investigaram mudanças genéticas relacionadas à idade nos processos de transcrição em nematóides, moscas da fruta, camundongos, ratos e humanos, incluindo diversos tecidos.

E eles descobriram que a velocidade média na qual o transcrito cresce por meio da ligação dos blocos de construção do RNA, os nucleotídeos, aumentava com a idade em todas as cinco espécies.

Juntamente com a maior velocidade dessa velocidade de alongamento (velocidade Pol II), os pesquisadores também observaram mudanças no chamado splicing, mais uma etapa do TRABALHO dentro do processo de transcrição do gene para a proteína acabada, na qual o produto da transcrição é uma vez novamente encurtado e cortado no tamanho.

No entanto, a PRECISÃO de todo o processo de transcrição também poderia ser controlada e revertida, por exemplo, por restrição alimentar ou intervenção na sinalização de insulina – ambas medidas que contribuem para o prolongamento da expectativa de vida, como se sabe há muitos anos. Da mesma forma, a vida útil das moscas e o potencial de divisão das células humanas aumentaram quando os pesquisadores usaram intervenções para reduzir a velocidade de LEITURA.

O professor Beyer diz que “nossos resultados revelam mecanismos moleculares fundamentais subjacentes ao envelhecimento animal e intervenções para prolongar a expectativa de vida, fornecendo pistas sobre como podemos contribuir para o envelhecimento saudável no futuro.

O fato de que intervenções, como uma ingestão calórica reduzida, também tenham um efeito positivo em um processo de envelhecimento saudável no nível molecular por meio da melhoria da qualidade da transcrição gênica é algo que agora pudemos provar claramente com nosso estudo“.

O artigo foi publicado na revista Nature.

[Ênfase adicionada]

---

Mais informações: Cédric Debès et al, Ageing-associated changes in transcriptional elongation influence longevity, Nature (2023). DOI: 10.1038/s41586-023-05922-y

Complexo Proteico Recém-Descoberto Desempenha Um Papel Vital Na Proteção E Estabilidade Do RNA

Pela Universidade de Ciência e Tecnologia King Abdullah | Phys.Org

08.Mar.23

YB1 e HuR regulam a estabilidade de alvos comuns de mRNA contendo um sítio de consenso rico em U. (A) Células C2C12 em crescimento exponencial tratadas com siRNAs direcionados a YB1 (siYB1), HuR (siHuR) ou tratadas com um siRNA de controle (siCtl) foram usadas para avaliar os níveis de estado estacionário de Myog, MyoD e cMyc mRNAs. Os níveis de mRNA foram avaliados por RT-qPCR usando primers específicos, padronizados contra os níveis de mRNA GAPDH e plotados em relação à condição siCtl. Os dados são apresentados ± o SEM de três experimentos independentes. *P < 0,05, **P < 0,005, ***P < 0,0005 (teste t) (B–D) A estabilidade dos mRNAs Myog, MyoD e cMyc em células C2C12 esgotadas ou não (siCtl) de YB1 (siYB1 ) ou HuR (siHuR) foi determinado por experimentos de busca de pulso ActD. As células foram tratadas com Actinomicina D (ActD) por 0, 2, 4 ou 6 h e o RNA total foi usado para análise RT-qPCR. O nível de expressão do mRNA em cada ponto de tempo foi normalizado para os níveis de GAPDH mRNA e plotado em relação à abundância de cada mensagem em 0 h de tratamento com ActD (considerado como 100%). Os dados na figura são apresentados ± o SEM de três experimentos independentes. *P < 0,05, **P < 0,005 (teste t). Crédito: Nucleic Acids Research (2023). DOI: 10.1093/nar/gkac1245

---

Duas proteínas se juntam para PROTEGER e ESTABILIZAR o RNA enquanto ele carrega o código de formação de músculos através da célula. Uma compreensão mais aprofundada desse complexo estabilizador de RNA pode ter implicações para influenciar a recuperação muscular e o tratamento de doenças.

O RNA, uma molécula frágil, atua como um intermediário que transporta o código genético copiado do DNA para as fábricas de produção de proteínas na célula, onde o código é TRADUZIDO para formar os vários componentes minúsculos que, juntos, nos tornam quem somos.

“Mas o RNA não é mais visto apenas como um canal intermediário passivo”, diz a bioquímica Brenda Janice Sánchez, da KAUST Smart-Health Initiative. “Ele atua como um ponto de CONTROLE regulatório, ESSENCIAL para o funcionamento NORMAL de todos os processos biológicos”.

Isso significa que vários aspectos da maquinaria celular precisam trabalhar juntos PARA EVITAR que esses RNAs mensageiros se degradem – e para mantê-los em movimento – e, finalmente, garantir sua TRADUÇÃO em seu DESTINO FINAL em proteína.

Se qualquer parte desse processo for perturbada, a síntese de proteínas será significativamente afetada, levando a um comportamento celular ANORMAL ou até mesmo à morte.

Agora, Janice Sánchez e seus colegas da KAUST e da McGill University, no Canadá, identificaram um complexo proteico que é crucial PARA a estabilidade do RNA mensageiro durante a formação das fibras musculares. O complexo é formado por duas proteínas: o antígeno humano R (HuR) e a proteína de ligação Y-Box 1 (YB1). Seu estudo foi publicado na Nucleic Acids Research.

Crédito: Universidade de Ciência e Tecnologia Rei Abdullah

---

Os papéis precisos de cada proteína individual neste processo de estabilização ainda precisam ser descobertos. Mas pesquisas adicionais que separam os detalhes de como tudo isso funciona podem ajudar os cientistas a influenciar a quantidade e os tipos de proteínas produzidas no músculo, bem como em outros tecidos a qualquer momento.

“E se pudéssemos promover a associação de HuR a YB1 durante a terapia de recuperação muscular?” pergunta Janice Sánchez. “Isso poderia levar a mais ou melhores fibras musculares?

Aprender a controlar a renovação do RNA durante a formação de fibras musculares pode ter imensas repercussões no desenvolvimento de novas terapêuticas que previnem patologias relacionadas aos músculos.”

Os cientistas já sabiam que o HuR está envolvido na estabilização de RNAs mensageiros contendo sequências distintas de bases nitrogenadas, chamadas de elementos ricos em AU, em suas regiões não traduzidas.

Mas o HuR tem funções múltiplas e às vezes opostas, pois também pode promover a degradação do RNA mensageiro.

O biocientista da KAUST, Imed-Eddine Gallouzi, liderou Janice Sanchez e a equipe para descobrir a rede de proteínas que poderia estar envolvida na GARANTIA da capacidade do HuR de estabilizar o RNA mensageiro especificamente DURANTE a formação de fibras musculares.

Eles fizeram isso usando anticorpos para isolar HuR de células musculares precursoras de camundongos (chamadas mioblastos) e, em seguida, empregando uma técnica chamada espectrometria de massa para identificar as proteínas ligadas a ele. YB1 se destacou porque também é conhecido por estar envolvido na estabilização e ligação do RNA mensageiro.

A equipe então alvejou o gene que codifica YB1 para desligá-lo em mioblastos e descobriu que isso reduzia significativamente a eficiência dessas células para amadurecer em células musculares.

Além disso, quando os genes foram direcionados em mioblastos normais para produzir quantidades maiores de HuR, a formação de fibras musculares foi aprimorada. Isso não aconteceu, porém, em mioblastos com a proteína YB1 DESLIGADA. Testes posteriores estabeleceram que HuR e YB1 formam um complexo que se liga ao elemento rico em AU em RNAs mensageiros para torná-los estáveis durante o processo de formação de fibras musculares.

“Estabelecer a rede de proteínas de ligação ao RNA que interagem com o HuR, bem como dissecar o mecanismo pelo qual esses complexos estão envolvidos em processos vitais, como a formação de fibras musculares, será fundamental para nossa compreensão do dogma central da biologia molecular, de quando o código é transcrito para o RNA do DNA, para quando é TRADUZIDO em proteínas”, diz Gallouzi. “Nosso estudo mostra que a afinidade do HuR pelo seu alvo de RNA é diretamente influenciada pela proteína de ligação ao RNA com a qual ele se associa.”

[Ênfase adicionada]

---

Mais informações: Brenda Janice Sánchez et al, The formation of HuR/YB1 complex is required for the stabilization of target mRNA to promote myogenesis, Nucleic Acids Research (2023). DOI: 10.1093/nar/gkac1245

Jim Tour Desmascara O Duplo Padrão E O Comentário Impreciso de Steve Benner Sobre a Origem da Vida

Por Brian Miller | Evolution News

21 de fevereiro de 2023, 9h54

Em meus artigos mais recentes (aqui, aqui), resumi como a personalidade do YouTube Dave Farina deturpou a pesquisa do químico sintético Bruce Lipshutz e como o colega químico sintético Lee Cronin distorceu a relevância de sua pesquisa para o mistério da origem da vida.

Agora, vou resumir James Tour desmascarado o duplo padrão aplicado por outro químico sintético, Steve Benner, ao avaliar a pesquisa da origem da vida de outros investigadores em comparação com a sua própria.

Veja (áudio em inglês) os vídeos do Tour abaixo:

---

Se Benner avaliasse seus experimentos pelo mesmo padrão que aplicava aos outros, ele teria reconhecido que suas tentativas de entender a origem da vida não renderam nada de valor. Seu fracasso é particularmente notável, visto que ele é uma figura importante no campo.

▪️ A Crítica Imprecisa de Benner ao Tour

Benner começou sua entrevista com Farina deturpando completamente o conteúdo dos vídeos de Tour, demonstrando que não os assistiu com atenção. Ele então afirmou a crítica de Tour aos experimentos que começam com compostos ultrapuros comprados comercialmente, depois os deixam interagir sob um controle muito estrito e, finalmente, extraem da confusão algumas moléculas que são biologicamente úteis. Tal pesquisa não tem relevância para o que poderia ter ocorrido na Terra primitiva.

Benner então afirmou que os químicos prebióticos “trabalham muito para não fazer essa crítica se aplicar”. Tour demonstrou que o retrato do campo de Benner é totalmente impreciso, listando numerosos químicos sintéticos que realizam o mesmo tipo de experimentos irrealistas.

Todo experimento que gerou algo útil para a vida teve que começar com misturas químicas irreais e empregar controle extremo do investigador, e todo experimento que começa com moléculas e condições realistas gera uma mistura intratável de inúmeras moléculas orgânicas que nunca poderiam contribuir para a origem da vida (aqui, aqui, aqui).

▪️ Sintetizando Nucleotídeos

Tour então analisou o experimento de Benner que produziu ribose, uma porção de nucleotídeos.

O experimento deixou o formaldeído e o glicolaldeído reagirem na presença de borato e outros minerais, e os produtos foram então identificados.

A reação rendeu ribose, mas apenas como um de um grande número de outros produtos, e a ribose se degradou em poucos dias.

Tour caracterizou o resultado do experimento como “lixo”. Como em todos esses experimentos, a ribose nunca poderia se separar dos outros compostos e então se combinar com uma nucleobase e fosfato para formar nucleotídeos em concentrações não-traços sob quaisquer condições naturais realistas.

Tour então expôs como o caminho proposto por Benner para gerar nucleotídeos depende da própria intervenção que Benner afirmou ter trabalhado duro para evitar.

Benner afirmou em seu artigo de 2019 publicado na revista Life que a ribose poderia ter reagido com amidotrifosfato (AmTP) para anexar um fosfato à ribose sem intervenção humana. No entanto, esta reação não funcionará com o produto do experimento de síntese de ribose de Benner. Em vez disso, a ribose ultrapura deve ser comprada comercialmente.

Além disso, Benner não divulgou os detalhes da reação do AmTP, mas simplesmente citou Krishnamurthy et al. (2000). No entanto, esse artigo detalha a enorme intervenção do investigador necessária para conduzir a reação. Tour também expôs como o AmTP e outros agentes de fosforilação, como o diamidofosfato, não poderiam ter se originado na Terra primitiva.

Todas as alegações de que essas moléculas são prebióticamente relevantes são baseadas em trilhas de citações que não levam a lugar nenhum.

Como problema final, Tour identificou o uso de cloreto de magnésio (MgCl ₂ ) para viabilizar a reação. O desafio é que esse composto impediria que os nucleotídeos se ligassem em cadeias. Da mesma forma, as condições químicas necessárias para produzir ribose são diferentes daquelas necessárias para produzir nucleobases. Conseqüentemente, a síntese de nucleotídeos requer o transporte de moléculas para diferentes ambientes com tempo e condições muito mais orquestrados do que o que poderia ocorrer naturalmente.

▪️ Formando RNA Em Vidro de Basalto

Mais tarde em sua entrevista, Benner afirmou que seus colegas demonstraram que os nucleotídeos poderiam ter se ligado em longas cadeias em rochas antigas sem “materiais de partida puros ou intervenção humana constante”.

Tour detalhou como Benner deturpou completamente o estudo de 2022 ao qual ele se referiu.

Isso por vários motivos:

• O experimento começou com trifosfatos de nucleosídeos ultrapuros (NTPs) comprados comercialmente.
• O experimento não usou rochas naturais, mas pós de vidro de bórax que foram tratados quimicamente e lavados várias vezes com água ultrapura.
• O experimento usou a temperatura e o pH ideais para promover a extensão das cadeias de nucleotídeos.

A formação de cadeias nunca teria ocorrido sem as condições experimentais cuidadosamente controladas. Mesmo com as condições irrealistas, o experimento gerou cadeias contendo muitos nucleotídeos ligados com as ligações erradas, de modo que as cadeias seriam inúteis para qualquer cenário de origem da vida.

A descrição de Benner da pesquisa dele e de seus colegas foi quase inteiramente sensacionalista.

O mesmo é verdade para as afirmações de que qualquer um dos principais desafios na explicação da origem da vida por meio de processos não direcionados foi resolvido.

Benner, Cronin e muitos outros pesquisadores fariam bem em levar a sério uma crítica dos experimentos de origem da vida escritos pela própria Fundação de Benner para Evolução Molecular Aplicada:

“As comunidades que estudam as origens da vida divergiram nos últimos anos”, observou Steven Benner, coautor do estudo publicado online na revista Astrobiology .

“Uma comunidade revisita questões clássicas com esquemas químicos complexos que exigem química difícil realizada por químicos qualificados”, explicou Benner. “Seus belos trabalhos manuais aparecem em revistas de renome, como Nature e Science .”

No entanto, precisamente por causa da complexidade dessa química, ela não pode explicar como a vida realmente se originou na Terra.

Sobre A Origem Da Vida, James Tour Expõe A Irrelevância Da Pesquisa De Lee Cronin

Por Brian Miller | Evolution News
16 de fevereiro de 2023, 13h38

Em meu último artigo, resumi a segunda ^{temporada da série de vídeos do químico sintético James Tour, da Rice University, sobre a origem da vida.} Aqui, vou expandir a resposta de Tour a seu colega químico sintético Lee Cronin, onde ele detalha o exagero consistente de Cronin sobre o progresso que ele e outros pesquisadores fizeram para desvendar o mistério da origem da vida. Veja [áudio em inglês] as Partes 1 a 3 abaixo:

---

▪️ Hype Autocatalítica

Um tema comum nas teorias da origem da vida centra-se no que é chamado de conjuntos de reações autocatalíticas, onde o produto de uma reação catalisa (isto é, acelera) outra reação cujo produto catalisa outra reação em uma rede de reações interconectadas. Os teóricos esperam que tais conjuntos de reações possam ter evoluído para um metabolismo inicial em uma célula primitiva.

Em sua entrevista, Cronin descreveu sua pesquisa sobre um conjunto de aglomerados atômicos autocatalíticos baseados em molibdênio e sugeriu que isso fornece evidências de que uma química comparável na Terra primitiva poderia ter evoluído para uma célula autônoma. Tour descreveu o conjunto de reações em seu experimento como “um monte de bobagens”, uma vez que não se assemelham a nada que poderia ter ocorrido na Terra antiga.

A rede autocatalítica de Cronin só pode existir em um ambiente de laboratório cuidadosamente controlado, e as reações não têm semelhança com o metabolismo celular ou qualquer processo relevante à vida. Em geral, as redes autocatalíticas orgânicas requerem uma engenharia cuidadosa para iniciar e persistir, e as teorias de origem baseadas em redes autocatalíticas enfrentam obstáculos intransponíveis, como reações colaterais que travariam o sistema.

▪️ Onde está a Ribose?

No próximo clipe de entrevista, Cronin afirmou que em outro experimento ele foi capaz de “dirigir” a química necessária para produzir ribose, o açúcar em nucleotídeos, para reduzir moléculas estranhas.

Tour destacou no artigo publicado de Cronin como ele apenas pensou ter reduzido o número de moléculas estranhas porque examinou apenas os produtos que não precipitaram da solução. Mesmo a solução que Cronin estudou continha um grande número de moléculas contaminantes, muitas das quais eram compostas pelos mesmos átomos da ribose, mas em configurações diferentes.

O produto do experimento não poderia auxiliar na origem da vida já que a ribose estava em concentrações tão pequenas, e nunca poderia ser separada das outras moléculas por nenhum processo natural.

As moléculas de ribose raramente, ou nunca, se combinam com as outras moléculas necessárias para formar nucleotídeos (ou seja, nucleobase e fosfato). Quaisquer nucleotídeos que se formassem estariam em concentrações tão minúsculas que nunca poderiam se ligar a uma cadeia de RNA suficientemente longa para beneficiar uma célula em desenvolvimento e, mesmo que os RNAs se formassem, eles se separariam rapidamente (aqui, aqui).

▪️ Aumentando o Calor

Cronin também descreveu seu experimento ligando aminoácidos em cadeias e, em seguida, afirmou que demonstrou a plausibilidade de aminoácidos ligando-se a proteínas na Terra primitiva. A turnê mostrou que Cronin novamente exagerou grosseiramente sua realização.

Seu experimento começou com aminoácidos homoquirais em purezas e concentrações que não poderiam ter ocorrido na Terra primitiva. Além disso, ele teve que aquecer os aminoácidos a 130°C (266°F) por 15 horas apenas para ligá-los em pequenas cadeias.

No entanto, essas altas temperaturas decompõem rapidamente a maioria dos blocos de construção da vida (aqui, aqui), então qualquer outro progresso em direção à vida seria perdido.

Igualmente problemático, as cadeias geradas continham tantas ligações incorretas e eram tão pequenas que eram biologicamente inúteis.

Tour enviou o artigo de Cronin a um químico de peptídeos para confirmar sua conclusão sobre a irrelevância do experimento de Cronin para explicar como os aminoácidos poderiam ter se formado em proteínas em um ambiente pré-biótico. Seu amigo respondeu que o experimento é “uma química interessante, mas não é prática para nada”. O elogio de Cronin à sua própria pesquisa foi puro exagero.

▪️ Protocélulas Oleosas

Em uma exibição final de bravata, Cronin afirmou ter demonstrado em outro experimento a formação de protocélulas e a replicação. Aqui estão suas palavras exatas:

A única coisa aqui é que fomos capazes de mostrar que podemos combinar catálise com moléculas que produziriam um material semelhante a uma célula e que conduziria a replicação da célula…

Então, o que mostramos é que você tem esse processo em que naturalmente faz células-filhas sem nenhuma informação, você sabe, nenhum DNA necessário, nenhuma genética necessária, nenhuma maquinaria complicada para que possamos obter a replicação antes dos genes.

Tour destacou o completo absurdo de comparar gotículas de óleo com células reais, ou mesmo membranas celulares, e equiparar a divisão de gotículas de óleo com a replicação celular. Tour também detalhou o enorme controle do investigador sobre as condições experimentais e os protocolos químicos altamente complexos necessários para formar as gotículas de óleo e conduzir a divisão.

Não apenas o experimento é irrelevante para a origem da vida, mas a química nunca poderia ocorrer sem equipamento de laboratório avançado e químicos altamente treinados. Tour propôs que a deturpação consistente de Cronin sobre a relevância de sua pesquisa para a origem da vida é uma consequência de ele não saber nada sobre química orgânica, uma deficiência que Cronin reconheceu.

Forças Armadas na Célula Mantêm o DNA Saudável

Por David Coppedge | Evolution News
4 de outubro de 2022, 17h13

Repórteres científicos lutam por metáforas para descrever as operações complexas que eles veem acontecendo na célula. Por exemplo:

▪️ A Orquestra

Notícias da Universidade de Genebra comparam o genoma humano a uma “orquestra complexa”. Sua pesquisa levou a descobertas “inesperadas” e “surpreendentes” mostrando “comportamento harmonizado e sinérgico” na regulação dos genes. A metáfora de um maestro mantendo todos os vários jogadores em harmonia veio à mente:

Uma equipe de geneticistas suíços da Universidade de Genebra (UNIGE), da École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) e da Universidade de Lausanne (UNIL) descobriu que a variação genética tem o potencial de afetar o estado do genoma em muitas posições aparentemente separadas e, assim, modular a atividade do gene, muito parecido com um maestro orientando os intérpretes de um conjunto musical para tocar com harmonia.

Esses resultados inesperados, publicados na Cell, revelam a versatilidade da regulação do genoma e oferecem insights sobre a forma como ela é orquestrada. [Enfase adicionada.]

▪️ As forças armadas

Outra metáfora popular entre os repórteres é “forças armadas”. Essa metáfora será instrutiva à medida que lemos sobre proteção do DNA e reparo de danos. Vejamos algumas das etapas desse processo onde encontraremos soldados, técnicos de emergência médica, ambulâncias e hospitais militares em ação, todos bem treinados e equipados para a defesa.

▪️ Vigilância e Inspeção

Qualquer operação militar disciplinada requer altos padrões.

Soldados no campo de treinamento sabem que os sargentos podem ser implacáveis ao inspecionar rifles, engraxates e camas de quartel.

Da mesma forma, as máquinas do genoma inspecionam o DNA em busca de erros e não toleram menos do que a perfeição.

Um artigo da Universidade Estadual da Carolina do Norte descreve a MutS, uma máquina que inspeciona fitas de DNA descompactadas em busca de erros.

Qualquer desencontro faz com que esse sargento pare e encare o recruta, mesmo que ele seja um em um milhão.

Felizmente, nossos corpos têm um sistema para detectar e reparar essas incompatibilidades – um par de proteínas conhecidas como MutS e MutL.

A MutS desliza ao longo do lado recém-criado da fita de DNA depois de replicada, revisando-a. Quando encontra uma incompatibilidade, ele se encaixa no local do erro e recruta a MutL para se juntar a ela.

A MutL faz um corte na fita de DNA recém-sintetizada para marcá-la como defeituosa e sinaliza uma proteína diferente para devorar a porção do DNA que contém o erro.

Em seguida, a correspondência de nucleotídeos recomeça, preenchendo a lacuna novamente. Todo o processo reduz os erros de replicação em cerca de mil vezes, servindo como melhor defesa contra mutações genéticas e os problemas que podem surgir delas, como o câncer.

▪️ Primeira resposta

Se ocorrerem vítimas, elas devem ser detectadas. Uma proteína chamada ATF3 é a capitã de um esquadrão que atua como “primeiro respondedor” a danos no DNA, como explica a Georgia Regents University.

Digamos que uma fita de DNA se rompa por causa da luz solar, quimioterapia ou um raio cósmico.

Se não for corrigida rapidamente, a célula pode se tornar cancerosa ou morrer. O que acontece primeiro?

No cenário rápido e complexo que permite que uma célula repare danos no DNA ou morra, a ATF3, ou Ativador do Fator de Transcrição 3, parece ser um verdadeiro primeiro respondedor, aumentando seus níveis e depois encontrando e se ligando a outra proteína, Tip60, o que acabará por ajudar atrair um enxame de outras proteínas para o local do dano.

▪️ Operações de Combate

Os vírus invadiram! As forças armadas entram em alerta máximo. O Salk Institute for Biological Studies descreve a enxurrada de atividades resultantes, porque todo organismo “deve proteger seu DNA a todo custo”.

Antes de entrar em pânico, os comandantes da célula precisam de inteligência. Se uma quebra de DNA coloca a célula em estresse, seja uma quebra natural, digamos de um raio cósmico, ou de um vírus, como um insurgente jogando uma granada? Um movimento em falso pode levar a baixas de fogo amigo.

Os pesquisadores explicam como a célula descobre se o dano ao DNA foi interno ou externo. Primeiro, o complexo MRN dá o sinal de “todas as mãos no convés”. Ele interrompe a replicação e outras operações da célula até que a quebra seja corrigida.

O interessante é que mesmo uma única interrupção transmite um sinal global através da célula, interrompendo a divisão e o crescimento celular”, diz O’Shea.

“Essa resposta impede a replicação para que a célula não passe por uma pausa .”

A resposta viral começa da mesma forma, mas não dá o alarme global.

Em vez disso, o alarme é localizado e sentinelas na área despacham os invasores. Há uma razão para isso.

“Se todos os vírus que chegam estimulassem uma resposta igualmente forte, aponta O’Shea, nossas células seriam pausadas com frequência, prejudicando nosso crescimento”. Mas quando a célula fica preocupada com o reparo de danos no DNA, os vírus podem se infiltrar.

Um vídeo no artigo aplica a metáfora das forças armadas:

Govind Shah: “As proteínas de reparo do DNA servem como guardas de segurança dentro do núcleo. Eles pegam o DNA do vírus e os escoltam para fora da célula.

Se uma célula sofrer uma grande quantidade de danos no DNA, esses guardas de segurança serão afastados do DNA viral e permitirão que o DNA viral se replique em altos níveis”.

Clodagh O’Shea: “Descobrimos que se você tem danos no DNA em seu próprio genoma, e o alarme dispara, na verdade isso recruta todas as forças: toda a polícia, guarda nacional – todo mundo está lá. Todas as forças estão lidando com seu próprio dano ao DNA, e não há mais nada para realmente ver ou desligar o vírus.”

Isso lhes deu uma ideia. Shah diz: “Então, por que não usar isso para matar células cancerígenas” com vírus projetados para entrar nas células tumorais? A resposta programada que eles descobriram fará com que a célula deixe os vírus entrarem enquanto está preocupada em consertar quebras de DNA.

“Se a célula não puder consertar a quebra do DNA, ela induzirá a morte celular – um mecanismo de autodestruição que ajuda a impedir que as células mutantes se repliquem (e, portanto, impede o crescimento do tumor)”.

▪️ Médicos

Estamos todos familiarizados com as imagens de helicópteros no campo de batalha entregando médicos para dar primeiros socorros aos feridos, ou transportando-os de avião para a estação de triagem ou hospital mais próximo. O núcleo da célula tem hospitais, diz um artigo da Biotechniques, e “ Uma ambulância molecular para DNA ” sabe como levar as vítimas ao pronto-socorro.

As quebras de fita dupla no DNA são uma fonte de estresse e às vezes a morte das células.

Mas as quebras podem ser corrigidas se encontrarem uma maneira de reparar os locais dentro da célula.

Em leveduras, um dos principais sítios de reparo reside no envelope nuclear, onde um conjunto de proteínas, incluindo o sub-complexo de poros nucleares Nup84, serve como uma espécie de hospital molecular.

O complexo de proteína motora cinesina-14, uma “ambulância de DNA”, move as pausas para locais de reparo, de acordo com um novo estudo da Nature Communications.

Pesquisadores da Universidade de Toronto acharam “muito surpreendente” que o motorista da ambulância seja a conhecida proteína motora cinesina-14 (veja nossa animação da cinesina em ação abaixo [áudio original em inglês]).

▪️ Funcionários do Hospital

Notícias do MD Anderson Cancer Center da Universidade do Texas apresentam alguns dos especialistas do hospital de reparo de DNA: fumarase, uma enzima metabólica; DNA-PK, uma proteína quinase; e enzimas de metilação de histonas que regulam o processo de reparo.

Esses médicos qualificados realizam cirurgias restauradoras para “quebras de fita dupla de DNA (DSBs)”, que “são a pior forma possível de mau funcionamento genético que pode causar câncer e resistência à terapia”.

▪️ Equipe de limpeza

As células investem muita energia em seus ribossomos, as organelas que traduzem o DNA. Os ribossomos são montados a partir de domínios de proteína e RNA. O que acontece com as sobras? Um item da Universidade de Heidelberg descreve máquinas moleculares que codificam os fragmentos em código de barras para serem entregues a um triturador em forma de barril chamado exossomo.

Embora não sejam descritos em termos militares, os agentes estão sob ordens estritas e obrigados a passar por postos de controle.

De acordo com o Prof. Hurt, a produção de ribossomos é um processo extremamente complexo que segue um esquema rígido com vários pontos de controle de qualidade .

As fábricas de proteínas são feitas de inúmeras proteínas ribossômicas (r-proteínas) e ácido ribonucleico ribossômico (rRNA).

Mais de 200 proteínas auxiliares, conhecidas como fatores de biogênese do ribossomo, são necessárias nas células eucarióticas para montar corretamente as proteínas-r e os diferentes rRNAs. Três do total de quatro rRNAs diferentes são fabricados a partir de um grande RNA precursor. Eles precisam ser “aparados” em pontos específicos durante o processo de fabricação, e as peças supérfluas são descartadas.

“Como esses processos são irreversíveis , é necessária uma verificação especial ”, explica Ed Hurt.

O número de pessoas das “forças armadas” envolvidas na defesa do DNA e no controle de qualidade das células é surpreendente. Está além de uma orquestra bem conduzida. É como uma operação militar, com protocolos rígidos, estrutura de comando hierárquica e especialistas treinados. Esses sistemas são orientados a objetivos: eles existem para proteger o genoma. Eles estão de plantão inspecionando componentes mesmo quando nada está errado. E quando as coisas dão errado, eles sabem exatamente o que fazer, como se estivessem bem treinados em seguir ordens.

Não estamos surpresos ao notar que esses artigos não dizem nada sobre evolução. Por quê? Porque todos sabemos pela nossa experiência que os fenómenos caracterizados por sistemas de comando e controle hierárquicos com procedimentos documentados e agentes qualificados são sempre concebidos de forma inteligente.

Este artigo foi publicado originalmente em 2015.

Como a condensação de proteínas diminui a atividade do gene e garante a sobrevivência de células estressadas

Pelo Instituto Max Planck de Imunobiologia e Epigenética | Phys Org

Modelo para a regulação da condensação NELF sob estresse, como choque térmico. Crédito: MPI of Immunbiology and Epigenetic, P. Rawat

Toda a vida na Terra desenvolveu várias camadas e redes para garantir a sobrevivência em eventos catastróficos. Até as células têm seu plano de emergência: a resposta ao choque térmico. Disparado por múltiplos estímulos de estresse, como calor, toxinas ou radiação, este programa de segurança celular tenta prevenir danos permanentes ao organismo. A resposta se assemelha a uma estratégia geral de ‘bloqueio’ adotada, testemunhada durante a pandemia global do vírus corona. Durante um bloqueio, apenas as atividades essenciais são permitidas e os recursos são desviados para medidas que garantam a minimização do impacto de uma pandemia.

Em condições normais, a RNA polimerase II desce pelo DNA. Nos locais corretos, o DNA é transcrito em mRNA, que é então traduzido em proteínas. Em uma crise, entretanto, essa atividade de transcrição deve parar, na maior parte, para interromper ou minimizar a produção de proteínas não essenciais durante condições de estresse. “Este movimento libera as capacidades necessárias para aumentar a produção de RNA e proteínas chamadas chaperonas moleculares, que ajudam a lidar com a ameaça e os efeitos do estresse. A questão permanece: como colocar uma célula inteira sob bloqueio?“ diz Ritwick Sawarkar, líder do grupo no MPI de Imunobiologia e Epigenética e na Universidade de Cambridge.

Condensação NELF sob estresse – garante atenuação da transcrição do gene

Estudos anteriores do laboratório de Sawarkar deram os primeiros insights sobre o que acontece nas células, quando elas mudam do normal para o de emergência. O estresse causa o acúmulo do fator de alongamento negativo (NELF) no núcleo e interrompe a transcrição em um grande número de genes. Mas como exatamente o regulador transcricional NELF executa a chamada Atenuação Transcricional Induzida por Estresse (SITA) permaneceu desconhecido.

“No início deste projeto, tentamos visualizar a proteína NELF com imagens de células vivas para entender melhor seu papel e regulação. Surpreendentemente, descobrimos que NELF forma puncta ou gotículas sob estresse, enquanto a mesma proteína permanece difundida sob condições de estresse. Chamamos essas gotículas de condensados NELF“, diz Prashant Rawat, primeiro autor do estudo. Junto com o Laboratório de Patrick Cramer no MPI for Biophysical Chemistry, que poderia recapitular as mesmas gotículas de NELF in vitro com proteínas purificadas recombinantes, as equipes propõem que a condensação biomolecular induzida por estresse facilita um recrutamento aprimorado de NELF para as regiões promotoras dos genes. Aqui, as gotículas NELF presumivelmente bloqueiam a atividade da polimerase e conduzem a regulação negativa da expressão gênica.

Imagens de microscopia confocal de alta resolução da proteína NELF-A marcada com mCherry (vermelha) em células HeLa humanas. A proteína NELF-A de tipo selvagem forma condensados induzidos por estresse após choque térmico (esquerda), enquanto a proteína sem região IDR falha em formar esses condensados (direita). Barra de escala: 5μm. Crédito: © MPI de Immunbiology and Epigenetic, P. Rawat

Condensação NELF movida a tentáculos

As subunidades NELF contêm as chamadas regiões intrinsecamente desordenadas (IDRs). IDRs são as partes de proteínas sem estrutura fixa e atuam como tentáculos. Os cientistas do Max Planck conseguiram mostrar que as interações entre os tentáculos do NELF são essenciais para a condensação. “Muitas moléculas NELF individuais se unem e seus tentáculos se unem fortemente para formar a gota, como se segurassem as mãos uns dos outros. Mas o que mais nos intrigou foi que NELF sempre contém IDRs como parte de sua estrutura, mas só sofre condensação sob estresse“, diz Prashant Rawat.

Usando abordagens moleculares e bioquímicas do genoma e do proteoma, a equipe identificou modificações pós-tradução específicas (PTMs) que são essenciais para a condensação NELF. PTMs são alterações de proteínas após sua síntese e são frequentemente usados por células para responder a estímulos ambientais. Os resultados mostram que duas modificações diferentes tornam os condensados NELF possíveis. “Descobrimos que mudanças contingentes ao estresse na fosforilação de NELF e mais SUMOilação governam a condensação de NELF”, disse Ritwick Sawarkar.

Condensação NELF relevante para aptidão celular

As células que falham em formar as gotículas NELF devido ao IDR prejudicado ou deficiência de SUMOilação também falham em regular negativamente os genes e a transcrição sob estresse. “Se as células não ficarem bloqueadas pela condensação NELF e pela regulação negativa da transcrição, elas arriscam sua aptidão. Nossos dados mostram taxas de morte significativamente maiores de células sem condensação NELF adequada durante o estresse“, disse Prashant Rawat.

Para Ritwick Sawarkar, esses resultados também destacam os aspectos colaborativos da vida nos Institutos Max Planck. “Esta pesquisa só se tornou possível devido à estreita cooperação. O laboratório de Andrea Pichler no MPI-IE foi fundamental para entender o papel da máquina SUMO, enquanto outra colaboração com o laboratório de Patrick Cramer no MPI-BPC Göttingen poderia recapitular as mesmas gotículas NELF in vitro com purificado recombinante proteico“, diz Ritwick Sawarkar, principal autor do estudo.

Já se especula que a regulação negativa da transcrição induzida por estresse esteja associada a distúrbios neurológicos como Huntington. “Já geramos modelos de camundongos no instituto para estender nossas descobertas in vivo e a modelos de doenças relevantes“, disse Prashant Rawat. A possibilidade de explorar o papel dos condensados NELF em diferentes doenças parece ser um caminho estimulante para pesquisas futuras em laboratório.

[Ênfase adicionada]

---

Mais informações: Prashant Rawat et al. Stress-induced nuclear condensation of NELF drives transcriptional downregulation. Molecular Cell. February 05, 2021 DOI:doi.org/10.1016/j.molcel.2021.01.016

Diário informativo: Molecular Cell

Como o relógio circadiano regula os genes do fígado no tempo e no espaço

Pela Ecole Polytechnique Federale de Lausanne | MedicalXpress

Crédito CC0: domínio público

Nada na biologia é estático. Os processos biológicos flutuam com o tempo e, se quisermos reunir uma imagem precisa das células, tecidos, órgãos etc., devemos levar em consideração seus padrões temporais. Na verdade, esse esforço deu origem a todo um campo de estudo conhecido como “cronobiologia“.

O fígado é um excelente exemplo. Tudo o que comemos ou bebemos é eventualmente processado lá para separar os nutrientes dos resíduos e regular o equilíbrio metabólico do corpo. Na verdade, o fígado como um todo é amplamente regulado pelo tempo, e esse padrão é orquestrado pelo chamado relógio circadiano, o metrônomo interno do nosso corpo, bem como por sinais bioquímicos e ritmos alimentares.

Mas o fígado está realmente dividido em pequenas unidades repetitivas chamadas lóbulos, nas quais zonas distintas desempenham funções diferentes. Essa intrincada organização espacial é conhecida como ‘zoneamento do fígado‘. Por exemplo, a quebra de açúcares durante a digestão ocorre preferencialmente em um lado do lóbulo, a chamada zona central, enquanto a produção de glicose enquanto descansamos de estoques como gordura, ocorre no outro lado do fígado, no lado do portal.

Até agora, o zoneamento do fígado foi estudado apenas estaticamente, observando o que cada zona faz independentemente do tempo e vice-versa. E dada a importância do fígado na fisiologia dos mamíferos, as duas abordagens de pesquisa devem unir esforços para entender como os programas temporais e espaciais do fígado interagem.

Em um estudo inédito, cientistas da EPFL e do Weizmann Institute of Science, liderados pelos professores Felix Naef da Escola de Ciências da Vida da EPFL e Shalev Itzkovitz do Weizmann, foram capazes de monitorar as mudanças espaciais da expressão gênica nos lóbulos do fígado em relação para o relógio circadiano. O estudo dessa ligação é o foco da pesquisa de Naef, que já havia descoberto conexões entre o relógio circadiano e as proteínas do fígado, nossos ciclos celulares e até mesmo a estrutura 3-D da cromatina, o DNA compactado no núcleo da célula.

Explorando a capacidade de analisar o tecido do fígado em cada célula individual, os pesquisadores estudaram aproximadamente 5.000 genes nas células do fígado em vários pontos de tempo ao longo do dia de 24 horas. Eles então classificaram estatisticamente os padrões de espaço-tempo que descobriram com um modelo que pode capturar variações espaciais e temporais nos níveis de RNA mensageiro (mRNA), um marcador de expressão gênica.

O estudo revelou que muitos dos genes do fígado parecem ser zoneados e rítmicos, o que significa que são regulados por sua localização no fígado e pela hora do dia. Esses genes duplamente regulados estão principalmente ligados a funções-chave do fígado, por exemplo, o metabolismo de lipídios, carboidratos e aminoácidos, mas também incluem alguns genes que nunca foram associados ao metabolismo, por exemplo, genes relacionados a proteínas chaperonas, que ajudam outras biomoléculas mudam sua estrutura 3-D ou mesmo se montam e desmontam.

“O trabalho revela uma riqueza da dinâmica da expressão gênica do espaço-tempo do fígado e mostra como a compartimentação da função hepática no espaço e no tempo é a marca registrada da atividade metabólica no fígado dos mamíferos“, disse Felix Naef.

O estudo foi publicado na Nature Metabolism.

[Ênfase adicionada]

---

Mais informações: Space-time logic of liver gene expression at sub-lobular scale, Nature Metabolism (2021). DOI: 10.1038/s42255-020-00323-1 , www.nature.com/articles/s42255-020-00323-1

Diário informativo: Nature Metabolism

Micro RNA – As primeiras previsões da evolução.

Por Darwins Predictions – Cornelius Hunter

[Obs: Texto adaptado a partir do original – O texto original não tem imagens]

 

Os genes possuem informações que são usadas para construir moléculas de proteína e RNA que fazem várias tarefas na célula. Um gene é copiado em um processo conhecido como transcrição. No caso de um gene que codifica a proteína, a transcrição é editada e convertida em uma proteína em um processo conhecido como tradução. Tudo isso é guiado por elaborados processos regulatórios que ocorrem antes, durante e após essa sequência de transcrição, edição e tradução.

Por exemplo, trechos de nossos DNA, que foram considerados de pouca utilidade, têm um papel regulador importante. Este DNA é transcrito em vertentes de cerca de 20 nucleótidos, conhecido como micro RNA. Esses pequenos trechos se ligam e interferem com os transcritos de RNA – cópias de genes de DNA – quando a produção do gene precisa ser retardada.

Os Micro RNAs também podem ajudar a modificar o processo de tradução, estimulando o dimensionamento de quadros ribossômico programado. Dois microRNAs se juntam à transcrição de RNA resultando em uma forma de estrutura de RNA de pseudoknot, ou triplex, que faz com que o quadro de leitura ocorra. (Belew)

Os MicroRNAs não vêm apenas do DNA de uma célula. Os MicroRNAs também podem ser importados de células próximas, permitindo assim que as células se comuniquem e se influenciem mutuamente. Isso ajuda a explicar como as células podem se diferenciar em um embrião crescente de acordo com sua posição dentro do embrião. (Carlsbecker)

Os Micro RNAs também podem vir dos alimentos que comemos. Em outras palavras, o alimento não contém apenas carboidratos, proteínas, gorduras, minerais, vitaminas, etc; também contém informações – na forma desses fragmentos regulatórios de micro RNA – que regulam a produção de genes. (Zhang)

Enquanto os micro RNAs regulam a produção de proteínas, os próprios micro RNAs também precisam ser regulados. Portanto, existe uma rede de proteínas que controlam rigorosamente a produção de micro RNA, bem como a remoção deles. “Apenas a pura existência desses reguladores exóticos“, explicou um cientista, “sugere que nossa compreensão sobre as coisas mais básicas – como a forma como uma célula se liga e desliga – é incrivelmente ingênua.” (Hayden)

Duas predições básicas que a teoria evolutiva faz em relação aos micro RNAs são que (i) como toda a biologia, surgiram gradualmente através de variações biológicas ocorrendo aleatoriamente (como mutações) e (ii) como conseqüência dessa origem evolutiva, os micro RNAs devem formar um padrão que se aproxima do padrão de descendência comum da evolução. A ciência atual falsificou essas duas previsões.

É improvável que os micro RNAs tenham evoluído gradualmente através de mutações aleatórias, pois são necessárias muitas mutações. Sem a existência prévia de genes e o processo de síntese proteica, os micro RNAs seriam inúteis. E sem a existência prévia de seus processos regulatórios, os micro RNAs causariam estragos.

Dado o fracasso da primeira previsão, não é surpreendente que a segunda previsão também tenha falhado. As sequências genéticas de micro RNA não se enquadram no padrão de descendência comum esperado. Ou seja, quando comparados entre diferentes espécies, os micro RNAs não se alinham com a árvore evolutiva. Como um cientista explicou: “Olhei para milhares de genes de micro RNA e não consigo encontrar um único exemplo que apoie a árvore [evolutiva] tradicional“. (Dolgin)

Embora existam dúvidas sobre esses novos dados filogenéticos, “o que sabemos nesta fase“, explicou outro evolucionista, “é que temos uma incongruência muito séria“. Em outras palavras, diferentes tipos de dados relatam árvores evolutivas muito diferentes. O conflito é muito maior que as variações estatísticas normais.

 

 

“Tem que existir“, acrescentou outro evolucionista, “outras explicações“. Uma explicação é que os micro RNAs evoluem de maneira inesperada. Outra é que a árvore evolutiva tradicional está errada. Ou os evolucionistas podem considerar outras explicações. Mas, em qualquer caso que seja, os micro RNAs são mais um exemplo de evidências que não se encaixam nas expectativas evolutivas. Mais uma vez, a teoria precisará ser modificada de forma complexa para se adequar às novas descobertas.

Entretanto, os cientistas estão descobrindo que a imposição do padrão de descendência comum, onde os micro RNAs devem ser conservados entre as espécies, está dificultando a pesquisa científica:

Esses resultados destacam as limitações que podem resultar da imposição de que os miRNAs sejam conservados nos organismos. Esses requisitos, por sua vez, resultarão em nossos miRNAs de organismos genuínos ausentes e talvez possam explicar por que muitos destes miRNAs novos não foram previamente identificados. (Londin)

A teoria evolutiva vem limitando a ciência. Embora o padrão de descendência comum tenha sido o guia desde os estudos iniciais do micro RNA, esses pesquisadores “se libertaram” dessa restrição, e isso está levando a um bom progresso científico:

Nos primeiros dias de campo do miRNA, houve uma ênfase na identificação de miRNAs que são conservados em organismos… No entanto, miRNAs de espécies específicas também foram descritos e caracterizados como sendo miRNAs que estão presentes apenas em uma ou poucas espécies do mesmo gênero. Portanto, aplicar um requisito de conservação de organismos durante as pesquisas com miRNA é uma barreira que limita o número de miRNAs potenciais que podem ser descobertos, deixando organismos e linhagens específicas de miRNAs ocultos. Em nosso esforço para caracterizar ainda mais o repertório de miRNA humano, nos desprendemos do requisito de conservação… Esses achados sugerem fortemente, a possibilidade de uma ampla gama de miRNA-ome de espécies específicas que ainda não foi caracterizado. (Londin)

As duas predições do micro RNA foram falsificadas e, de forma surpreendente, a hipótese evolutiva prejudicou a pesquisa científica de como os micro RNAs funcionam.

 

---

 

Referencias

Belew, Ashton T., et. al. 2014. “Ribosomal frameshifting in the CCR5 mRNA is regulated by miRNAs and the NMD pathway.” Nature 512:265-9.

Carlsbecker, Annelie, et. al. 2010. “Cell signalling by microRNA165/6 directs gene dose-dependent root cell fate.” Nature 465:316-21.

Dolgin, Elie. 2012. “Phylogeny: Rewriting evolution.” Nature 486:460-2.

Hayden, Erika Check. 2010. “Human genome at ten: Life is complicated.” Nature464:664-7.

Londin, Eric, et. al. 2015. “Analysis of 13 cell types reveals evidence for the expression of numerous novel primate- and tissue-specific microRNAs.” Proc Natl Acad Sci USA112:E1106-15.

Zhang, L., et. al. 2012. “Exogenous plant MIR168a specifically targets mammalian LDLRAP1: evidence of cross-kingdom regulation by microRNA.” Cell Research 22:107-26.

Pesquisadores Descobrem Um Novo Manual De Instruções Para Reparar DNA Quebrado.

Por Science Daily

[Obs: Texto adaptado – O texto possui links em inglês que não estão no original do Science Daily – Imagem do SD]

Resumo:

Pesquisadores descobriram como a proteína Rad52 é uma peça crucial no reparo de DNA dependente de RNA. Os resultados revelam uma função inesperada na proteína Rad52; proteína envolvida em recombinação homóloga, e podem ajudar a identificar novos alvos terapêuticos para o tratamento do câncer.

 

 

A radiação e a quimioterapia podem causar a ruptura do DNA de cadeia dupla, um dos tipos mais prejudiciais ao DNA. O processo de recombinação homóloga – que envolve a troca de informações genéticas entre duas moléculas de DNA – desempenha um papel importante no reparo do DNA, mas certas mutações genéticas podem desestabilizar um genoma. Por exemplo, mutações no supressor de tumor, BRCA2, que está envolvido no reparo do DNA por recombinação homóloga, podem causar a forma mais mortal de câncer de mama e ovário.

Alexander Mazin, PhD, professor da Faculdade de Medicina da Universidade Drexel e Francesca Storici, PhD, professora associada da Georgia Tech, dedicaram suas pesquisas ao estudo de mecanismos e proteínas que promovem o reparo do DNA.

Em 2014, Storici e Mazin fizeram um grande avanço quando descobriram que o RNA pode servir de modelo para o reparo de uma ruptura de DNA de cadeia dupla em broto de levedura e a Rad52, um membro da via de recombinação homóloga, é um componente importante nesse esse processo.

“Nós fornecemos provas de que o RNA pode ser usado como um doador de modelo de molde para reparar o DNA e que a proteína Rad52 está envolvida no processo“, disse Mazin. “Mas não sabíamos exatamente como a proteína está envolvida“.

Em seu estudo atual, a equipe de pesquisa descobriu o papel incomum e importante da Rad52: Promove a “troca da cadeia inversa” entre o DNA e o RNA de cadeia dupla, o que significa que a proteína possui uma nova capacidade de reunir moléculas de DNA e RNA homólogas. Neste híbrido RNA-DNA, o RNA pode então ser usado como um modelo para um reparo preciso do DNA.

Nos pareceu que essa habilidade da Rad52 é única em eucariotas, já que proteínas similares não a possuem.

“De forma impressionante, essa atividade de troca de cadeia inversa da Rad52 com o RNA não requer um processamento extensivo das extremidades de DNA quebradas, sugerindo que o reparo de modelos de RNA poderia ser um mecanismo relativamente rápido para selar quebras no DNA“, disse Storici.

Como próximo passo, os pesquisadores esperam explorar o papel da Rad52 em células humanas.

“As rupturas do DNA desempenham um papel em muitas doenças degenerativas dos humanos, incluindo o câncer“, acrescentou Storici. “Precisamos entender como as células mantêm seus genomas estáveis. Essas descobertas ajudam a aproximar-nos de uma compreensão detalhada dos complexos mecanismos de reparo de DNA“.

Esses resultados oferecem uma nova perspectiva sobre a relação multifacetada entre RNA, DNA e estabilidade do genoma. Eles também podem ajudar a identificar novos alvos terapêuticos para o tratamento do câncer. Sabe-se que é requerido a Rad52 ativa para a proliferação de células de cancer de mama deficientes em BRCA. A focalização desta proteína com inibidores de moléculas pequenas é uma estratégia anticancerígena promissora. No entanto, a atividade crítica da Rad52 requerida para a proliferação do câncer é atualmente desconhecida.

A recente atividade da Rad52 no reparo de DNA pode representar esta atividade proteica crítica que pode ser direcionada com inibidores para desenvolver medicamentos mais específicos e menos tóxicos contra o câncer. A compreensão dos mecanismos de reparo do DNA dirigido por RNA, também pode levar ao desenvolvimento de novos mecanismos de engenharia genômica baseados em RNA.

 

---

 

Journal Reference:

1. Olga M. Mazina, Havva Keskin, Kritika Hanamshet, Francesca Storici, Alexander V. Mazin. Rad52 Inverse Strand Exchange Drives RNA-Templated DNA Double-Strand Break Repair. Molecular Cell, 2017; DOI: 10.1016/j.molcel.2017.05.019

 

Testando a complexidade irredutível?

Por Evolution News – Ann Gauger

[ Obs:Texto adaptado – Titulo original: #7 of Our Top Stories of 2016: An Engineered “Minimal” Microbe Is Evidence of Intelligent Design – Imagem do EnV com os devidos créditos ]

 

 

O artigo a seguir foi publicado originalmente em 24 de março de 2016:

Science Magazine publicou um artigo na semana passada, “Design e síntese de um genoma bacteriano mínimo“, descrevendo a criação de uma bactéria com um genoma “descascado”. O artigo representa vinte anos de trabalho de muitos cientistas, incluindo o célebre bioquímico J. Craig Venter. Eles conseguiram reduzir o genoma quase na metade, de mais de 900 genes para 473, um pouco de cada vez. O papel borrifou pela Internet (ver, por exemplo, artigos da Associated Press e Bloomberg –  o link original da AP está dando erro, mas mantive o link da AP, que apenas mostra a pagina da AP,  porque no original deste texto ele ainda está lá)

Por que diabos os pesquisadores farão tal coisa? A esperança é que esta bactéria mínima irá fornecer um veículo útil para a futura biologia sintética, permitindo a produção de medicamentos úteis para tratar doenças.

Mas há outra razão deles gastarem vinte anos neste projeto. É uma tentativa de responder a uma pergunta básica. Qual é a quantidade mínima de informação genética necessária para obter uma célula em funcionamento? Estimativas variaram de 250 a 300 genes, dependendo do tipo de célula e onde eles estão vivendo. Para a bactéria M. mycoides, o ponto de partida de seu trabalho, a resposta parece ser cerca de 470 genes. Os cientistas querem saber a resposta, porquanto a célula simplificada pode permitir que eles desvendem como os genes interagem e o que todos fazem. É mais fácil lidar com 400 genes do que com mais de 900, ou no caso da bactéria comum E. coli, mais de 4.000.

Este trabalho já produziu alguns resultados interessantes. Eles ainda não sabem o que 30% do genoma reduzido faz, apenas que os genes são essenciais. Em segundo lugar, os genes que parecem ser não essenciais por si só, podem tornar-se essenciais quando outro gene é excluído. Claramente, existem interações complexas acontecendo entre os 473 genes.

Tudo isso leva a uma pergunta óbvia. Esta pequena bactéria tem que ser capaz de copiar o seu DNA, transcrever e traduzi-lo em proteínas, além de ser capaz de coordenar todas as etapas envolvidas na divisão celular. Tem que ser capaz de fazer todas as coisas que não pode obter de seu ambiente. Isso é um monte de informações a serem armazenadas e usadas adequadamente. Daí 473 genes.

Mas de onde veio a célula, em primeiro lugar? É o problema da galinha e o ovo. Dado o número de coisas que a célula tem que fazer para ser um organismo em funcionamento, por onde começar? DNA ou RNA por si só não é suficiente, porque a proteína é necessária para copiar o DNA e para realizar processos celulares básicos. Mas a proteína não é suficiente por si só. O DNA é necessário para herdar de forma estável a informação genética sobre como produzir proteínas.

Algumas pessoas propõem que o RNA poderia fazer o truque, porque bastando somente as circunstâncias certas, e com a ajuda de um experimentador, o RNA pode copiar a si mesmo, parcialmente. A ideia é que, se apenas a sequência correta do RNA viesse junto, poderia servir tanto como uma enzima de RNA (ou ribozima) como o modelo para se reproduzir.

Isso deixa de lado problemas maiores. Ribozimas só podem realizar algumas reações químicas simples, enquanto mesmo uma célula mínima precisa de muitos tipos de reações. Em segundo lugar, como o interruptor ao DNA e às proteínas ocorreram? Ninguém tem uma pista. Por fim, não esqueçamos o problema da interdependência, ou da complexidade irredutível, como o bioquímico Michael Behe chama em seu livro Darwin’s Black Box. A célula mínima, ele escreve, é um sistema “composto por várias partes bem-correspondentes, em muitos casos, que contribuem para a função básica, em que a remoção de qualquer uma das partes faz com que o sistema deixe de funcionar efetivamente”.

Os sistemas irredutíveis são evidências de um design inteligente, porque somente uma mente tem a capacidade de projetar e programar uma rede tão interdependente e rica em informações como uma célula mínima.

Pense sobre o projeto de um carro básico. Você precisa de um motor, uma transmissão, um eixo de transmissão, um volante, eixos e rodas, além de um chassi para mantê-los todos juntos. Depois, vem o gás e uma maneira de começar tudo. (Eu, sem dúvida, deixei algo de fora, mas você entendeu meu ponto). Ter uma ou duas dessas coisas não vai fazer um carro funcional. Todas as peças são necessárias antes que ele seja usado. E é preciso um designer para imaginar o que é necessário, como ajustá-lo em conjunto, e depois construí-lo.

Se você está falando sobre um carro ou uma célula mínima, não vai ocorrer sem um designer.

 

Não é mais “lixo”: DNA misterioso tem papel fundamental em danos por acidente vascular cerebral.

MEDICAL XPRESS

Nota do editor:Títulos e artigo adaptados a partir do original. O original possui referências, bastando acessar o link. Os links do artigo estão em inglês.  A imagem também é do artigo original.

 

 

Um estudo sobre ratos divulgado hoje [15/12/2015], mostra que o bloqueio de um tipo de RNA produzido pelo o que se costumava ser chamado de “DNA lixo“, pode impedir uma parcela significativa da destruição neural que resulta em acidente vascular cerebral. A pesquisa aponta para um futuro tratamento de danos pós acidente vascular cerebral, que muitas vezes é mais extenso do que a destruição inicial, resultante da desativação temporária de sangue para o cérebro.

A pesquisa também liga dois mistérios: Por que a maioria dos danos seguem a restauração do fornecimento de sangue? E qual é o papel da grande maioria do genoma humano, uma vez que foi considerado lixo porque não tem o padrão do RNA que faz proteínas?

“Menos de 2% dos RNAs formados a partir do genoma codificam para proteínas, deixando 98% dos quais chamamos de “RNA não-codificante”“, diz o autor sênior, Raghu Vemuganti, professor de cirurgia neurológica na Universidade de Wisconsin-Madison.

No estudo publicado no Journal of Neuroscience, Vemuganti e colegas bloquearam uma variedade de RNA longos não codificadores (lncRNA), em que existe, pelo menos, 40.000 variedades únicas -possivelmente cerca de 100.000.

“Este lncRNA pode ligar-se a outro ARN, a uma proteína, ou a uma proteína de um lado e do outro DNA“, diz Suresh Mehta (primeiro autor), um cientista do Departamento de Cirurgia Neurológica. “Entre muitos outros trabalhos, lncRNAs podem regular a atividade do gene.“

“O acidente vascular cerebral influencia a expressão de todos os tipos de RNA, e este RNA tem uma influência ampla em toda a célula, depois que o fornecimento de sangue é restaurado; ao qual chamamos de lesão de reperfusão“, diz Vemuganti.

“Alguns anos atrás, nosso laboratório começou a observar como o acidente vascular cerebral afeta o RNA não-codificante. Há dois anos, foram identificados cerca de 200 tipos de vários lncRNAs que aumentam ou diminuem consideravelmente após o acidente vascular cerebral, concentrando-se em um que nós nomeamos FosDT.“

“Sabíamos que o nível de FosDT havia subido mais de dez vezes no cérebro do rato dentro de três horas após o acidente vascular cerebral“, acrescenta Vemuganti. “Nós pensamos assim: se bloquearmos o FosDT após o acidente vascular cerebral, isso faria qualquer diferença na quantidade de danos estruturais ou deficiência comportamental?“

Vemuganti e seus colegas projetaram três fios de RNA personalizados para silenciar o FosDT, os injetaram em ratos, desligando deliberadamente uma artéria no cérebro, durante uma hora. Testes realizados na primeira semana mostraram que os ratos tratados recuperaram habilidades motoras de forma muito mais rápida e completa do que animais controlados. Os escaneamentos cerebrais mostraram uma redução significativa do volume total do cérebro que foi destruído pelo acidente vascular cerebral.

Estes estudos foram parcialmente financiados pela American Heart Association, National Institutes of Health, U.S. Department of Veterans Affairs e pelo Department of Neurological Surgery .

Outras investigações mostraram que o FosDT estimula um caminho para a morte celular, ao mesmo tempo que prejudica caminhos de sobrevivência celular. Interferindo com ambos os mecanismos, poderiam explicar os benefícios, diz Mehta.

“Nós não mudamos a agressão inicial, causada pela falta de oxigênio“, diz Vemuganti, “mas esta abordagem orientada reduziu consideravelmente os danos após uma semana. Nós não podemos reverter completamente os danos pós acidente vascular cerebral, mas o dano total diminuiu em um terço. Se pudermos proteger ao máximo o tecido cerebral do acidente vascular cerebral, isso será um enorme benefício.“

Pelo fato dos danos pós acidente vascular cerebral (a “lesão de reperfusão”) poderem ser ainda mais incapacitantes do que os dano causados pela perda inicial de fluxo sanguíneo, Vemuganti diz que está buscando diversas linhas de pesquisas.“Estamos explorando ainda mais o mecanismo, e estamos nos preparando para ver o que acontece depois de um acidente vascular cerebral em ratos que não possuem nenhum gene para o FosDT.“

Embora as taxas de acidente vascular cerebral tenham caído nas últimas décadas, cerca de 795 mil norte-americanos têm um AVC a cada ano, e o acidente vascular cerebral continua entre as principais causas de incapacidade.

“Temos a intenção de perseguir vigorosamente este achado“, disse Vemuganti.

Você pode saber mais sobre RNA não codificadores AQUI. (Jeph Simple)