O mecanismo oculto de criação de genes

Pesquisadores da Universidade de Helsinque descobriram um mecanismo que gera nascimento instantâneo ADN homólogos, o que pode levar à criação de novos genes de microRNA a partir de sequências de DNA não codificantes. Esta descoberta foi feita enquanto estudava erros de replicação do DNA e seus efeitos sobre ele ARN Estruturas moleculares fornecem novos insights sobre as origens dos genes.

A complexidade dos organismos vivos está codificada nos seus genes, mas de onde vêm esses genes? Pesquisadores da Universidade de Helsinque resolveram questões pendentes sobre a origem de pequenos genes reguladores e descreveram o mecanismo que cria sua homologia de DNA. Sob as condições certas, estes homólogos desenvolvem-se em genes de microRNA.

Genes e proteínas: os blocos de construção da vida

O genoma humano contém ca. 20.000 genes são usados ​​para construir proteínas. As ações desses genes clássicos são coordenadas por milhares de genes reguladores, dos quais o menor codifica moléculas de microRNA com 22 pares de bases de comprimento. Embora o número de genes permaneça relativamente constante, às vezes novos genes aparecem durante a evolução. Tal como a origem da vida biológica, a origem de novos genes continua a fascinar os cientistas.

Resolva o quebra-cabeça alternado

Todas as moléculas de RNA requerem conjuntos alternados de bases que prendem a molécula em sua forma funcional. É importante ressaltar que as chances de mutações aleatórias de base formarem essas vias progressivamente alternadas são muito pequenas, mesmo para genes de microRNA simples. Conseqüentemente, a origem dessas sequências alternadas intrigou os pesquisadores. Especialistas do Instituto de Biotecnologia da Universidade de Helsinque, na Finlândia, resolveram esse quebra-cabeça, descrevendo um mecanismo que pode gerar instantaneamente homólogos completos de DNA, criando assim novos genes de microRNA a partir de sequências de DNA anteriormente não codificantes.

Insights sobre a replicação do DNA

Num projecto financiado pela Academia da Finlândia, os investigadores estudaram erros na replicação do ADN. Ari Luitinoja, o líder do projeto, compara a replicação do DNA à impressão de texto.

“O DNA é copiado uma base de cada vez, e as mutações geralmente são bases únicas erradas, como toques errados no teclado de um laptop. Estudamos um mecanismo que leva a erros maiores, como copiar e colar texto de outro contexto. Estávamos especialmente interessados. quando você copiou o texto ao contrário para criar um texto simétrico.

Os pesquisadores estudaram o mecanismo de erro na replicação do DNA e observaram que alguns erros criam homólogos que podem se transformar em estruturas em gancho. Crédito: Ari Löytynoja

Estruturas de RNA e erros de DNA.

Os pesquisadores perceberam que os erros de replicação do DNA às vezes podem ser benéficos. Eles descreveram essas descobertas para Mikko Freelander, especialista em biologia de RNA. Ele imediatamente viu a conexão com a estrutura das moléculas de RNA.

“Na molécula de RNA, as bases dos homólogos adjacentes podem emparelhar e formar estruturas semelhantes a grampos. Tais estruturas são essenciais para o funcionamento das moléculas de RNA”, explica.

Os investigadores decidiram concentrar-se nos genes microRNA devido à sua estrutura simples: os genes são muito curtos – apenas algumas dezenas de bases – e têm de se dobrar numa estrutura em gancho para funcionarem adequadamente.

A ideia central era modelar a história genética usando um algoritmo de computador personalizado. Segundo a pesquisadora de pós-doutorado Helle Monteinen, isso permite o exame mais próximo da origem dos genes até o momento.

“Os genomas completos de dezenas de primatas e mamíferos são conhecidos. Uma comparação de seus genomas é reveladora Classificar Eles possuem um par palíndromo de microRNA, que lhes falta. “Através da modelagem detalhada da história, podemos ver que homólogos completos são criados por eventos de mutação única”, diz Montinen.

A ideia básica era modelar a história genética usando informações de espécies relacionadas. A modelagem mostrou que homólogos de genes de microRNA são gerados por eventos de mutação única. Crédito: Ari Löytynoja

Arqueologia e cosmopolitismo

Ao concentrarem-se nos seres humanos e noutros primatas, os investigadores em Helsínquia demonstraram que o mecanismo recentemente descoberto poderia explicar pelo menos um quarto dos novos genes de microRNA. Como foram encontrados casos semelhantes em outras linhagens evolutivas, o mecanismo de origem parece universal.

Em princípio, o surgimento de genes microRNA é tão fácil que novos genes podem afetar a saúde humana. Helle Montinen vê a importância de trabalhar numa escala maior, por exemplo, na compreensão dos princípios básicos da vida biológica.

“O surgimento de novos genes do nada surpreendeu os pesquisadores. Agora temos um modelo elegante para a evolução dos genes de RNA.”

Embora as descobertas sejam baseadas em pequenos genes reguladores, os pesquisadores acreditam que as descobertas podem ser generalizadas para outros genes e moléculas de RNA. Por exemplo, utilizando as matérias-primas geradas pelo mecanismo recentemente descoberto, a selecção natural pode criar estruturas e funções de ARN mais complexas.

O estudo foi publicado em Com pessoas.

Referência: “Geração de novo de miRNAs a partir da troca de modelos durante a replicação do DNA” por Heli AM Mönttinen, Mikko J. Frilander e Ari Löytynoja, 29 de novembro de 2023, Anais da Academia Nacional de Ciências.
doi: 10.1073/pnas.2310752120