p Os humanos possuem seis formas da proteína actina, que desempenham funções essenciais no corpo. Dois em particular, β-actina e γ-actina, são quase idênticos, diferindo apenas por quatro aminoácidos. No entanto, essas proteínas quase gêmeas desempenham papéis distintos. Uma questão de longa data para os biólogos tem sido, Como isso é possível? p "É um mistério que vem sendo debatido na área há 40 anos, "disse Anna Kashina, professor de bioquímica na Escola de Medicina Veterinária da Universidade da Pensilvânia.

p Novas descobertas de Kashina e colegas apontaram para uma resposta surpreendente. As diferentes funções dessas proteínas são determinadas não por suas sequências de aminoácidos, mas por seu código genético.

p "Gostamos de chamá-lo de 'código silencioso, "Nossas descobertas mostram que as partes dos genes que consideramos silenciosas, na verdade, codificam informações funcionais importantes", disse Kashina.

p Os pesquisadores descobriram que essas diferenças "silenciosas" na sequência de nucleotídeos parecem influenciar a densidade dos ribossomos, as máquinas moleculares que traduzem o RNA em proteínas. Essas diferenças podem permitir que cada forma de actina individual assuma um papel diferente na célula.

p Kashina foi co-autora do trabalho, publicado no jornal eLife , com Pavan Vedula de Penn Vet, Satoshi Kurosaka, Nicolae Adrian Leu, Junling Wang, Stephanie Sterling e Dawei Dong e Yuri I. Wolf do National Institutes of Health e Svetlana A. Shabalina.

p A actina é tão onipresente e essencial que é conhecida como uma "proteína doméstica". É a proteína mais abundante na maioria das células, e suas diferentes formas desempenham papéis durante a migração celular, contração e desenvolvimento muscular. Por um tempo, os cientistas pensaram que as diferentes formas eram funcionalmente redundantes, existindo apenas para servir como backup no caso de um formulário apresentar defeito.

p Mais recentemente, os pesquisadores chegaram a compreender que os formulários não são redundantes; alguns se localizam em diferentes partes das células, alguns são incorporados em diferentes partes do citoesqueleto. E quando essas proteínas são adulteradas, os resultados também são diferentes.

p Quando falta β-actina, por exemplo, camundongos morrem em um estágio inicial de desenvolvimento embrionário. Mas camundongos sem γ-actina, embora normalmente menor que o normal e surdo, pode sobreviver até a idade adulta.

p Em um relatório de 2010 na Science, O grupo de Kashina deu um passo para entender o que determina essas diferenças. Olhando para uma modificação de proteína que normalmente só existe em β-actina, eles descobriram que o motivo pelo qual não estava presente na γ-actina era devido às variações na sequência de codificação entre os dois genes da actina.

p "Queríamos construir sobre isso, "Kashina disse, "e decidi testar a hipótese, 'E se suas diferenças funcionais não tivessem nada a ver com sua sequência de aminoácidos; e se estiver tudo nos genes? '"

p Os pesquisadores aproveitaram a edição de genes de precisão possibilitada pelo sistema CRISPR / Cas-9. Enquanto as duas isoformas de actina diferem em apenas quatro aminoácidos, suas sequências de codificação de mRNA diferem em quase 13 por cento por causa das diferenças de nucleotídeos "silenciosas" que, no entanto, codificam os mesmos aminoácidos. Fazendo alterações em apenas cinco nucleotídeos no gene β-actina, eles foram capazes de transformá-la de modo que sua produção de aminoácidos fosse exatamente igual à da proteína γ-actina. Tudo o que o distinguiria seriam as substituições silenciosas de nucleotídeos.

p A edição do gene funcionou. Os camundongos com essas edições não tinham proteína β-actina. Mas, ao contrário dos verdadeiros nocautes de β-actina, eles eram completamente saudáveis ​​e viáveis, exatamente como se eles possuíssem as proporções adequadas de proteínas β-actina e γ-actina. Eles sobreviveram para se reproduzir e tiveram em média o mesmo tamanho de ninhada de animais normais.

p Os pesquisadores realizaram o mesmo experimento, editar o gene γ-actina para codificar a proteína β-actina, mas só foi capaz de alterar a sequência de codificação para três dos quatro aminoácidos. Ainda, camundongos sujeitos a esta substituição parcial também pareciam normais e saudáveis, apesar da falta de proteína γ-actina.

p Em experimentos de acompanhamento, A equipe de Kashina descobriu que as proteínas γ-actina feitas a partir do gene da β-actina editado formaram um citoesqueleto normal e permitiram que a célula migrasse de maneira normal.

p "Se apenas a sequência de nucleotídeos é importante para a função da proteína, então os ratos não deveriam se importar com a proteína que eles têm, "Kashina disse." E os ratos não ligaram. "

p Chegar a um mecanismo de como a sequência de DNA pode influenciar a função da proteína, os pesquisadores descobriram que a densidade dos ribossomos no RNA da β-actina é mais de mil vezes maior do que no RNA da γ-actina, e, de fato, todos os seis genes da actina tinham diferenças na densidade do ribossomo.

p "Isso sugere que a β-actina pode se traduzir em proteína talvez mil vezes mais rápido do que a γ-actina, "Kashina disse.

p E curioso para saber o quão difundido esse fenômeno pode ser, os pesquisadores procuraram famílias de proteínas com membros quase idênticos que são codificados por genes diferentes e tinham variações significativas na densidade do ribossomo em toda a família. Eles encontraram muitos grupos que foram compartilhados entre ratos, peixe-zebra e genomas humanos.

p "Achamos que esta forma de regulação funcional é um fenômeno global, "Kashina disse, e é um que seu laboratório continuará a investigar.