Testes de Purdue esclarecem os principais estágios de desenvolvimento dos mamíferos

Isaiah Mensah (à esquerda), da Purdue University, estudante de doutorado em bioquímica, e Humaira Gowher, professora associada de bioquímica, e seus colaboradores publicaram novos insights sobre o desenvolvimento embrionário de mamíferos. (Foto da Purdue Agricultural Communications/Tom Campbell)

WEST LAFAYETTE, Indiana – Uma equipe de pesquisa da Universidade Purdue revelou novos detalhes complexos sobre a função de uma proteína chave compartilhada por mamíferos, incluindo humanos. Muitos tipos de câncer ocorrem quando essa proteína DNA metiltransferase dá errado.

As descobertas, de um estudo liderado por um pós-doutorado e um estudante de pós-graduação, também incluem contribuições de cinco estudantes de graduação e foram publicadas na revista Cell Reports. Os resultados mostram, pela primeira vez, o mecanismo pelo qual um tipo específico de RNA regula a expressão de um gene crítico da DNA metiltransferase, Dnmt3b.

“A regulação da metilação do DNA está no centro de muitas doenças”, disse Humaira Gowher, professora associada de bioquímica. Mas em condições normais, a metilação do ADN, catalisada pelo Dnmt3b, desempenha um papel importante na forma como as células jovens e não formadas dos mamíferos se dividem e se desenvolvem em células mais especializadas. A metilação do DNA também regula o processo epigenético que contorna a codificação genética na transmissão de características selecionadas aos descendentes dos mamíferos.

"Mostramos neste artigo como a DNA metiltransferase, Dnmt3b, é expressa de forma precisa e restritiva durante o desenvolvimento inicial e depois desligada", disse Gowher.

Um mau funcionamento no Dnmt3b tem uma influência potencial no comportamento das células cancerígenas. Isso ocorre porque certas condições causam metilação anormal do DNA. E as mudanças na metilação do DNA tornaram-se biomarcadores críticos para a detecção do câncer, observou ela.

Numa longa, cuidadosa e variada série de experiências, a equipa de Gowher rastreou a localização e o momento da expressão de Dnmt3b para determinar o mecanismo que a controla, utilizando células estaminais embrionárias de ratinho como modelo de desenvolvimento. As células-tronco, encontradas apenas em embriões em estágio inicial, podem se desenvolver em qualquer outro tipo de célula encontrada no corpo.

Os experimentos revelaram uma interação de várias moléculas reguladoras. A equipe descobriu que depois que o RNA não-codificante cria um ambiente aberto no promotor do gene, onde toda a ação começa, ele também entrega a proteína de splicing hnRNPL à locomotiva de transcrição do gene, RNA Pol II. Este último dá uma carona para a proteína de splicing de carona até seu local de trabalho molecular, que fica mais distante do promotor no corpo do gene.

"Os RNAs não codificantes têm a capacidade de se ligar a fatores de splicing. Eles podem trazer esse fator de splicing para a RNA polimerase no promotor, e a polimerase lhe dará uma carona", disse Gowher.

Os resultados ajudaram a mostrar que dois processos genéticos – transcrição e splicing alternativo – servem como controles duplos no ajuste fino das diferentes formas de Dnmt3b, disse Mohd Saleem Dar, principal autor do artigo Cell Reports. Na transcrição, o RNA copia uma sequência de DNA para auxiliar na produção de proteínas celulares. E através do splicing alternativo, um gene pode combinar centenas de sequências de DNA para produzir proteínas de diferentes maneiras.

“Quando diferenciei essas células-tronco embrionárias de camundongos ingênuos e verifiquei a expressão do Dnmt3b, vi que ele era induzido”, disse Dar, agora cientista do National Institutes of Health. Em seu estado induzido, o Dnmt3b desencadeia o desenvolvimento celular. “E com essa indução, vimos a emenda”, disse ele.

Dar também explorou a relação entre o splicing alternativo e o estado de expressão do Dnmt3b.

"Você precisa mostrar o quadro completo do splicing alternativo do Dnmt3b durante seus estados de baixa e alta expressão", disse Gowher. Quando Dar olhou para o splicing alternativo do estado de baixa expressão, ele percebeu que a escolha do splicing alternativo resultou na proteína Dnmt3b, que não tem atividade enzimática. No entanto, num estado de expressão elevada, o splicing alternativo mudou, resultando na expressão da proteína enzimaticamente activa.