98% do nosso DNA é realmente lixo?

DNA ‘lixo’ refere-se a segmentos de DNA não codificantes. Na verdade, é um nome impróprio, pois descobriu-se que esse DNA “lixo” desempenha um papel importante na regulação da expressão gênica.

O ácido desoxirribonucléico (DNA) é o elixir da vida. É como um manual de instruções para a produção de proteínas. A linguagem deste manual é composta por apenas 4 letras: A, G, T e C. Estas são as 4 bases de nucleotídeos: adenina (A), timina (T), guanina (G) e citosina (C). As combinações dessas 4 letras, ou pares de bases, na longa fita de DNA, formam os genes. Genes são pequenos trechos de DNA que codificam as informações necessárias para a produção de proteínas por meio do processo de transcrição. Essas proteínas são essenciais para o desenvolvimento e sobrevivência de um organismo.

A fita de DNA é enrolada para formar um cromossomo. (Crédito da foto: Ody_Stocker / Shutterstock)

Em 1990, vários laboratórios uniram forças para decodificar as instruções que compunham o DNA humano. Essa colaboração ficou conhecida como Projeto Genoma Humano (HGP) . Após sua conclusão, em abril de 2003, finalmente descobrimos o projeto da natureza para a construção de um ser humano! 

Linha do tempo do Projeto Genoma Humano (Crédito da foto: National Human Genome Research Institute / Wikimedia Commons)

Como resultado do Projeto Genoma Humano, os cientistas finalmente conseguiram colocar nosso DNA em números. Os resultados mostraram que as células humanas compreendem colossais 3 bilhões de pares de bases de material genético condensado em 23 pares de cromossomos. Cada um de nossos 20.000 a 25.000 genes, que respondem por cerca de 100 milhões de pares de bases , é responsável por codificar uma variedade de proteínas, cada uma com um propósito único. Isso representa apenas 1-2% de todo o genoma codificando proteínas.

Os 98-99% restantes não codificaram nenhuma proteína e foram apropriadamente chamados de DNA não codificador. Uma vez que se pensava que a produção de proteínas era o papel principal do DNA, esse pedaço principal de DNA também era conhecido como DNA “lixo”. No entanto, por que o DNA – o livro de receitas da vida – teria tantas páginas cheias de rabiscos?

Lixo ou não descoberto?

Fazer uma proteína não é tão simples quanto seguir uma receita de um livro de receitas. As proteínas são formadas quando o DNA passa por um processo chamado transcrição. Isso é necessário, uma vez que as enzimas que fazem as proteínas não podem ler o DNA. A informação codificada no DNA é copiada em uma nova molécula chamada RNA mensageiro (mRNA). Como o DNA, o mRNA também tem 4 bases de nucleotídeos, mas a timina (T) é substituída por uracila (U). Outra diferença é que o mRNA é uma molécula de fita simples. 

DNA e RNA (crédito da foto: ShadeDesign / Shutterstock)

Durante a transcrição, o mRNA é picado e reunido. Isso é conhecido como splicing de RNA. Isso é feito porque seções do gene não fazem “sentido para proteínas”; estes são chamados de íntrons. Durante o splicing de RNA, esses bits são cortados e descartados. Você poderia dizer que essas peças se perdem na transcrição!

Mecanismo de splicing de mRNA (Crédito da foto: Udayadaithya MV) / Shutterstock)

Esses segmentos não codificantes descartados confundiram os cientistas por décadas. Os íntrons eram um disparate distorcido entre os genes. Sem nenhum propósito aparente, muitos cientistas pensaram que era inútil. Em 1972, Susumu Ohno, um geneticista, cunhou o termo “DNA lixo” para explicar de forma cativante esse desperdício de DNA. Às vezes também era chamado de “DNA egoísta”, pois parecia existir apenas para si, sem contribuir em nada para a sobrevivência do organismo.

O dogma central da expressão gênica (crédito da foto: udaix / Shutterstock)

No entanto, vários cientistas acreditavam que esses grandes pedaços de DNA não deveriam ser rotulados tão apressadamente como “inúteis”. Se você está lendo este artigo e conhece apenas dez palavras da língua inglesa, você acha que tudo neste artigo, exceto essas dez palavras, é um absurdo? Da mesma forma, os cientistas acreditavam que a função desse DNA “lixo” simplesmente ainda não tinha sido descoberta.

Qual é a função do DNA ‘lixo’?

Os pesquisadores decidiram comparar o genoma humano com o vasto banco de dados de genomas de outros animais. Essa técnica é conhecida como genômica comparativa. Eles ficaram chocados ao descobrir que algumas das seções do DNA lixo permaneceram inalteradas, mesmo ao longo de milhares de anos. As seções conservadas indicaram que o DNA não codificador era essencial de alguma forma para a sobrevivência de um organismo. Portanto, ele foi ‘selecionado positivamente’ ao longo da evolução porque uma mutação nesta seção pode ter se mostrado prejudicial. 

Por exemplo, cerca de 65 a 75 milhões de anos atrás, ratos e humanos divergiram de um ancestral comum. Os pesquisadores descobriram que, de todo o DNA conservado, apenas 20% era codificador de proteínas. A maior parte do DNA conservado foi realmente encontrado em porções não codificantes do genoma.

No entanto, o prego final no caixão da “inutilidade” do DNA lixo veio com a Enciclopédia de Elementos de DNA ou ENCODE . Lançado em 2003 após a conclusão do Projeto Genoma Humano, o ENCODE foi um esforço multi-laboratorial massivo patrocinado pelo Instituto Nacional de Pesquisa do Genoma Humano (NHGRI). Enquanto o Projeto Genoma Humano buscava interpretar o projeto da existência humana, o ENCODE buscava descobrir quais seções desses projetos realmente faziam algo útil.

Enquanto o HGP usava o sequenciamento de DNA para decifrar o genoma humano, o projeto ENCODE analisava outros elementos, como o RNA, por meio do sequenciamento do RNA e a identificação de regiões do DNA que podem ser transformadas superficialmente por produtos químicos ou por proteínas que se ligam a ele. O projeto sugeriu que a atividade química de um determinado segmento de DNA pode fornecer dicas sobre sua possível função.

Lembre-se de que os genes carregam as informações necessárias para produzir proteínas, que, em última análise, desempenham funções celulares. A quantidade de proteína que um gene específico eventualmente produz, se houver, é ditada por sua expressão gênica. A expressão do gene é a capacidade de usar a informação codificada no gene para direcionar a montagem da proteína. 

Certas proteínas, fatores de transcrição ou substâncias químicas se ligam ao DNA e mudam quando e como os genes são expressos. Descobriu-se que partes do DNA ‘lixo’ contêm partes do DNA que regulam os genes que decidem quando e como os genes são ativados e desativados. Eles também atuam como locais para a ligação de fatores de transcrição, que podem modular a transcrição. Existem vários tipos de elementos reguladores que fazem parte do DNA não codificador, tais como:

  • Promotores: se um gene é uma lâmpada, a sequência do promotor é o seu interruptor. Os promotores fornecem um local de ligação para as proteínas necessárias para iniciar o processo de transcrição. Eles podem ligar ou desligar o mecanismo de transcrição. Os genes não podem produzir proteínas sem um promotor. Eles estão localizados logo antes da sequência do gene codificador.

O mecanismo de ação de um promotor

  • Enhancers: Proteínas que auxiliam na ativação da transcrição ligam-se a sequências de enhancers. A função dos intensificadores é como a de um catalisador em uma reação química. A transcrição ainda pode ocorrer na ausência de uma sequência intensificadora, mas é muito mais eficiente em sua presença. Esses intensificadores podem ser encontrados em qualquer extremidade da sequência genética ou também em lugares distantes.

O mecanismo de ação de um intensificador

  • Silenciadores: ao contrário dos intensificadores, os silenciadores permitem que as proteínas que suprimem a transcrição se liguem a eles. Eles evitam que um gene seja superexpresso, o que resultaria em proteínas em excesso. Eles podem ser encontrados em distâncias variáveis ​​das sequências genéticas, semelhantes aos potenciadores.

O mecanismo de ação de um silenciador

Juntos, intensificadores e silenciadores funcionam como o regulador de um ventilador. Em vez de controlar a velocidade de um ventilador, eles controlam o nível de expressão do gene. A ligação de proteínas a intensificadores é como girar o botão até a velocidade máxima, enquanto a ligação a silenciadores faz o ‘ventilador’ parar. 

Estes são apenas alguns exemplos das ‘funções’ do DNA não codificador. Então, um DNA não codificador é uma sequência de DNA funcional?

Uma sequência de DNA “funcional” é aquela que pode controlar a expressão do gene, ou seja, a quantidade de proteína produzida por uma sequência de gene particular. É essa variação na composição da proteína que torna cada tipo de célula único. Portanto, como cada célula consiste no mesmo genoma e DNA, são os níveis de expressão gênica que decidem se uma célula é uma célula da pele, célula imune, neurônio, etc.

O consórcio ENCODE realizou essas técnicas em uma variedade de tipos de células para dar conta da variabilidade inerente. Portanto, de acordo com esta definição de DNA “funcional”, o DNA “lixo” definitivamente desempenha um papel na influência da expressão gênica. Os resultados do projeto ENCODE revelaram o quão pouco sabíamos sobre a misteriosa seção não codificadora do genoma.

Em 2012 , os esforços do consórcio ENCODE revelaram que mais de 80% das bases genômicas apresentavam atividade bioquímica. Portanto, certamente havia uma função biológica para muito mais do que 1% de nosso DNA que constitui os genes. O projeto revelou uma coleção notável de sinais e interruptores não identificados anteriormente, incorporados como tatuagens em todo o comprimento do DNA humano.

Conclusão

Desde que o consórcio ENCODE publicou seus resultados, os cientistas têm associado sequências de DNA não codificantes a diferentes processos biológicos e doenças humanas. Os pesquisadores levantam a hipótese de que essas sequências estão por trás do desenvolvimento de nossos polegares opostos, bem como do útero ! Um artigo publicado na Oncogene também mostrou que um segmento não codificador de DNA regula a expressão gênica, eventualmente impactando o risco de câncer de próstata e mama. Conseqüentemente, descobrir a função completa do chamado DNA lixo tornou-se um campo intensivo de pesquisa.

No entanto, é importante notar que o significado de “funcional” de ENCODE é muito debatido. Muitos cientistas dizem que os resultados do projeto ENCODE são enganosos e amplamente superestimados. Eles afirmam que uma proteína apenas se ligando ao DNA ou passando por uma alteração química não garante que a sequência desempenhe um papel significativo. No corpo, vários eventos de ligação à proteína DNA são frequentemente aleatórios e insignificantes , lançando uma sombra de dúvida sobre os resultados publicados pelo consórcio.

Mantendo essas críticas justificadas em mente, serão necessários muitos mais estudos de pesquisa para quantificar as capacidades funcionais do DNA não codificador. No entanto, não há como negar o fato de que o DNA ‘lixo’ não é realmente lixo!

Referências:

  1. Harvard University (Link 1)
  2. National Institutes of Health (Link 1)
  3. Harvard University (Link 2)
  4. Instituto Nacional de Pesquisa do Genoma Humano
  5. Cell Press
  6. Universidade da Califórnia, Santa Cruz
  7. Mapeamento e sequenciamento do genoma humano
  8. Nature Journal
Gilvan Alves: 23 Anos de idade, Técnico em Rede de Computadores, Sempre em busca de aprender algo novo todos os Dias!

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