Os cientistas descobriram como o nosso DNA pode usar um botão genético de avanço rápido para criar novos genes para uma adaptação rápida aos nossos ambientes em constante mudança.
Durante uma investigação sobre erros de replicação do DNA, pesquisadores da Universidade de Helsinque, na Finlândia, descobriram que certas mutações únicas produzem palíndromos, que são lidos da mesma forma de trás para frente. Nas circunstâncias certas, estes podem evoluir para genes de microRNA (miRNA).
Esses genes minúsculos e simples desempenham um papel significativo na regulação de outros genes. Muitos genes de miRNA já existem há muito tempo na história evolutiva, mas os cientistas descobriram que em alguns grupos de animais, como primatas, novos genes de miRNA aparecem repentinamente.
“O surgimento de novos genes do nada fascinou os pesquisadores”, diz o bioinformata Heli Mönttinen, primeiro autor do novo estudo.
“Temos agora um modelo elegante para a evolução dos genes de RNA”.
Os erros que permitem esse método notavelmente eficiente de criação de genes são chamados de mutações de troca de modelo (TSMs). O processo de criação de miRNA associado ao TSM é muito mais rápido do que a evolução de novas proteínas funcionais.
“O DNA é copiado uma base de cada vez, e normalmente as mutações são bases únicas erradas, como socos errados no teclado de um laptop”, diz o líder do projeto e bioinformata Ari Löytynoja.
“Estudamos um mecanismo que cria erros maiores, como copiar e colar texto de outro contexto. Estávamos especialmente interessados em casos que copiavam o texto de trás para frente, criando um palíndromo.”
Todas as moléculas de RNA precisam de conjuntos repetidos de bases que prendem a molécula em sua forma funcional. A equipe optou por se concentrar nos genes microRNA, que são extremamente curtos, consistindo em cerca de 22 pares de bases.
Mas mesmo para genes de microRNA simples, as chances de mutações aleatórias de base formar lentamente esses tipos de execuções palindrômicas são muito baixas.
Os cientistas ficaram intrigados com a origem dessas sequências palindrômicas. Acontece que os TSMs podem produzir rapidamente palíndromos completos de DNA, produzindo novos genes de microRNA a partir de sequências de DNA anteriormente não codificantes.
“Em uma molécula de RNA, as bases dos palíndromos adjacentes podem emparelhar e formar estruturas semelhantes a um grampo. Essas estruturas são cruciais para o funcionamento das moléculas de RNA”, diz o biotecnologista Mikko Frilander.
Os genomas completos de muitos primatas e mamíferos já foram mapeados. Ao comparar esses genomas usando um algoritmo de computador personalizado, os pesquisadores conseguiram descobrir quais espécies possuem o par palíndromo de microRNA.
“Com uma modelagem detalhada da história, pudemos ver que palíndromos inteiros são criados por eventos de mutação única”, explica Mönttinen .
O diagrama abaixo ilustra bem o processo. À medida que a replicação do DNA começa a passar por cada par de bases de sua lista de receitas, ela para quando atinge uma mutação ou um par de bases defeituoso.
A replicação então salta para o modelo adjacente e começa a replicar essas instruções, mas de trás para frente.
Quando a replicação retorna ao modelo original, isso cria um pequeno palíndromo que pode emparelhar consigo mesmo em uma estrutura em gancho.
A troca de modelos durante a replicação do DNA permite que um único evento de mutação crie a estrutura perfeita no DNA para um novo gene de miRNA. Isto é muito mais eficiente do que as mudanças lentas e graduais que podem ocorrer com blocos de construção individuais.
Na árvore genealógica dos primatas, foram encontradas mais de 6.000 dessas estruturas, o que poderia ter dado origem a pelo menos 18 novos genes de miRNA em humanos. Isso representa 26% de todos os miRNAs que se acredita terem surgido desde o surgimento dos primatas.
Descobertas como essas, que abrangem linhas evolutivas, apontam para um mecanismo universal de criação de genes de miRNA, e a equipe acredita que os resultados também podem ser aplicados a outros genes e moléculas de RNA.
Parece relativamente fácil surgir novos genes de microRNA que possam potencialmente impactar a saúde humana. Alguns miRNAs associados ao TSM já demonstraram significado funcional, como o hsa-mir-576 que influencia a resposta antiviral em primatas.
“Muitas variantes do TSM capazes de se tornar genes de miRNA segregam-se entre as populações humanas”, escrevem os autores , “indicando que o processo do TSM está ativo e moldando nossos genomas neste momento”.
O estudo foi publicado em Proceedings of the National Academy of Sciences.
Publicado no ScienceAlert
