As proteínas “Tipp-Ex” do musgo geneticamente modificado acumularam-se no citosol, onde modificaram cópias de genes. É por isso que a planta costuma transportar as proteínas rapidamente para suas organelas. Crédito:Elena Lesch/Universidade de Bonn As plantas têm à sua disposição moléculas corretivas especiais que podem fazer modificações retrospectivas nas cópias dos genes. No entanto, parece que estas “proteínas Tipp-Ex” não têm permissão para funcionar em todas as áreas da célula, sendo utilizadas apenas em cloroplastos e mitocôndrias.
Um estudo da Universidade de Bonn explicou agora por que isso acontece. Isto sugere que o mecanismo de correção modificaria cópias que não têm nada de errado com elas, com consequências fatais para a célula. As descobertas foram publicadas no The Plant Journal .
As células vegetais possuem toda uma série de estruturas especializadas conhecidas como organelas, das quais duas particularmente importantes são os cloroplastos e as mitocôndrias. Os primeiros utilizam a energia luminosa para converter dióxido de carbono e água em oxigénio e açúcar, enquanto os últimos fazem mais ou menos a mesma coisa ao contrário:“queimam” açúcar e outros compostos para gerar a energia necessária para numerosos processos celulares.
As duas organelas são únicas porque possuem seus próprios genes. Esse material genético funciona como conjuntos de instruções de montagem de moléculas-chave que as organelas necessitam para seu trabalho. Se um cloroplasto precisa produzir uma determinada proteína, por exemplo, ele primeiro solicita uma cópia das instruções de montagem relevantes que pode então usar para produzir a proteína.
Genes de cloroplastos e mitocôndrias frequentemente defeituosos
“No entanto, os genes nos cloroplastos e nas mitocôndrias muitas vezes contêm defeitos”, explica Elena Lesch, estudante de doutorado no Instituto de Botânica Celular e Molecular da Universidade de Bonn. “Portanto, as cópias têm que ser corrigidas, caso contrário as proteínas montadas com base nas suas instruções não funcionarão”.
Para isso, as plantas utilizam uma espécie de Tipp-Ex – moléculas especiais que pertencem ao grupo das proteínas de repetição pentatricopeptídica (PPR).
As plantas têm pelo menos uma dúzia e, em alguns casos, até vários milhares destas proteínas especiais PPR, cada uma das quais corrige defeitos altamente específicos. É como se cada palavra de um jornal tivesse seu próprio subeditor. Em vez de serem produzidas nas organelas em que são utilizadas, entretanto, as proteínas PPR são fabricadas fora das organelas, dentro do citosol.
O citosol também está repleto de cópias de genes, embora estas venham do núcleo da célula, onde a maioria dos milhares de genes da planta estão armazenados. Por outro lado, as mitocôndrias e os cloroplastos contêm apenas algumas dezenas de genes cada. As "proteínas Tipp-Ex" também poderiam, teoricamente, corrigir as cópias dentro do citosol. “Mas eles não fazem isso”, diz Lesch. “Eles só fazem seu trabalho nas organelas e queríamos saber por quê”.
Inundando o mecanismo de transporte nas organelas
Uma razão pode ser que os “subeditores moleculares” são simplesmente movidos muito rapidamente do citosol para as organelas. Para investigar esta possibilidade, os investigadores instalaram uma espécie de interruptor molecular nos genes PPR dentro de alguns dos musgos Physcomitrium. Isto permitiu-lhes fazer com que as células produzissem grandes quantidades de proteínas PPR praticamente com o toque de um botão.
“Conseguimos demonstrar que isto prejudica o mecanismo de transporte”, revela a colega de Lesch, Mirjam Thielen, que conduziu muitas das experiências. "Isso causou um acúmulo de proteínas PPR no citosol."
Assim que chegaram ao citosol, começaram a modificar cópias do núcleo. “Analisamos as mudanças que eles fizeram e vimos que as proteínas modificaram muitos conjuntos de instruções de montagem que seriam realmente corretas”, diz Lesch.
“Intervenções incorretas como essas são contraproducentes, é claro, porque podem colocar em risco as funções das proteínas”. Mas por que isso deveria estar acontecendo em primeiro lugar? Além de detectar defeitos, as proteínas PPR também se ligam ao que é conhecido como sequências fora do alvo, áreas que podem parecer uma sequência defeituosa, mas na verdade estão perfeitamente bem.
“Com cópias de dezenas de milhares de genes disputando espaço dentro do citosol, o risco de essas sequências fora do alvo serem corrigidas incorretamente seria alto”, observa Lesch.
Produção de moléculas 'Tipp-Ex' sujeitas a regulamentação rigorosa
Para evitar isso, as plantas geralmente produzem apenas quantidades relativamente baixas de proteínas PPR, que são então transportadas diretamente para as organelas antes que o "Tipp-Ex" molecular no citosol possa causar algum dano. Como o número de genes – e, portanto, quantas cópias deles existem – dentro dos cloroplastos e das mitocôndrias é administrável, tais correções erradas tendem a ocorrer ali.
O estudo está fornecendo novos insights sobre como essas proteínas corretivas identificam seus alvos. No futuro, portanto, poderá ser possível utilizar as descobertas para fazer modificações altamente direcionadas em cópias específicas de genes dentro de mitocôndrias e cloroplastos e para investigar o efeito de tais modificações.
Dados os papéis importantes que estas organelas desempenham no metabolismo energético das plantas, isto também abre espaço para algumas aplicações práticas interessantes.
