Geneticistas russos descobriram uma proteína “espacial” responsável pelo bom funcionamento das células nervosas

Moscas morrem sem essa proteína, e pessoas sofrem de autismo ou esquizofrenia devido à falta de seu análogo. Uma nova proteína responsável pelo funcionamento correto dos genes que controlam o sistema nervoso foi descoberta por cientistas russos do Instituto de Biologia Genética da Academia Russa de Ciências, juntamente com colegas da Universidade de Princeton (EUA). Como as alças de DNA "estabelecidas" por essa proteína são designadas no diagrama como um arco que se assemelha à trajetória de um foguete, os autores a batizaram de Vostok, em homenagem à primeira nave espacial tripulada. Os resultados do trabalho foram publicados na revista Molecular Cell.

A forma altamente complexa como os neurônios funcionam em todos os seres vivos é um dos tópicos científicos mais urgentes. A complexidade exige uma regulação muito precisa dos genes: alguns deles devem funcionar ativamente, enquanto outros devem ser desligados de forma confiável.

Nos núcleos de diferentes células, o DNA é dobrado em estruturas tridimensionais especiais (diferentes para cada célula), das quais depende a atividade dos genes necessários ao funcionamento. Nos neurônios, o dobramento correto da fita de DNA é especialmente importante, pois a regulação precisa dos genes nela contidos garante tanto o desenvolvimento das próprias células quanto suas conexões com as células vizinhas.

Referência "MK". O DNA (ácido desoxirribonucleico) é uma macromolécula que garante o armazenamento, a transmissão de geração em geração e a implementação do programa genético de desenvolvimento e funcionamento dos organismos.

O estudo foi realizado com larvas de mosca-das-frutas, o menor animal de laboratório cujos mecanismos regulatórios são, no entanto, muito semelhantes aos dos humanos. Os cientistas não compreendiam completamente como o "dobramento" do DNA nas células cerebrais da mosca é controlado, o que o organiza em laços com uma determinada configuração (as células nervosas têm mais laços do que quaisquer outras células), permitindo que as proteínas reguladoras se aproximem dos genes necessários. Mais precisamente, apenas uma proteína envolvida nos laços regulatórios era conhecida: a GAF. No entanto, quando ela era "desligada", ou seja, quando sua função era bloqueada, apenas parte dos laços era "perdida" no núcleo das células nervosas. Como resultado, os cientistas estabeleceram um objetivo: encontrar uma nova proteína que "entrelaçasse" os laços restantes.

Conforme relatado ao MK pela Fundação Russa de Ciência, especialistas descobriram essa proteína no cérebro de Drosophila. Ela participa do empacotamento tridimensional do DNA nos núcleos das células nervosas, juntamente com o GAF. Como suas alças, quando transferidas para o diagrama, assemelhavam-se muito à trajetória de um foguete, a proteína foi chamada de Vostok, em homenagem à primeira nave espacial tripulada, a Vostok. A Vostok se liga a certas seções do DNA e forma alças nele, necessárias para o desenvolvimento do sistema nervoso.

Para testar essa função, os geneticistas utilizaram o método de edição genética CRISPR-Cas9. Em outras palavras, eles criaram larvas mutantes com o gene Vostok "desligado". Quando essas larvas foram testadas para a presença de alças de DNA nos núcleos das células nervosas, constatou-se que elas apresentavam 7% menos alças do que larvas normais de mosca-das-frutas.

- A propósito, em nosso estudo notamos que os laços formados com a participação da proteína Vostok diferiam daqueles pelos quais a proteína GAF, anteriormente conhecida, é responsável, - explica o chefe do grupo de pesquisa, Doutor em Ciências Biológicas Maxim Erokhin. - Isso indica que esses dois reguladores trabalham independentemente um do outro, e ambos são importantes para o dobramento correto do DNA.

Os pesquisadores também verificaram como a ausência de uma proteína específica nas larvas mutantes afetava a condição dos insetos. Segundo Erokhin, quando a GAF era "desligada" nos indivíduos testados, eles morriam na fase larval, e no caso da "desligação" da proteína Vostok, eles viviam um pouco mais, até a fase de pupa, mas ainda morriam mais tarde. Ou seja, a ausência de cada proteína individual no DNA das larvas de Drosophila impedia que elas se desenvolvessem em adultos.

A propósito, descobriu-se que quando Vostok e GAF são “desligados” em Drosophila, apenas cerca de 15% dos laços de DNA são perdidos no total, o que significa que existem outras proteínas ainda não descobertas com propriedades semelhantes que são responsáveis ​​pela estrutura complexa da macromolécula.

– Os humanos têm proteínas GAF e Vostok? – pergunto a Maxim Erokhin.

– Não existem análogos diretos dessas proteínas em humanos. No entanto, usamos a Drosophila como modelo porque nosso organismo é controlado pela mesma lógica: as proteínas são diferentes à primeira vista, mas exercem a mesma função e controle, criando laços de DNA semelhantes para ativar um ou outro gene.

– As proteínas humanas responsáveis ​​por isso são conhecidas?

Até o momento, apenas uma: a CTCF, cuja ausência pode levar à demência, autismo ou esquizofrenia. Essa proteína está sendo estudada de forma bastante intensiva, mas ainda não podemos afirmar que compreendemos completamente seu mecanismo de ação.

De acordo com a principal autora do estudo, a doutoranda em ciências biológicas e chefe do grupo de epigenética do Instituto de Genética da Academia Russa de Ciências, Daria Chetveryna, o método de busca por Vostok será útil para cientistas descobrirem novas proteínas em humanos. Também é possível que, com a ajuda da proteína Vostok, quando produzida em células humanas, os especialistas consigam criar propositalmente as alças de DNA necessárias. Mas isso é uma questão para um futuro mais distante, associada a uma nova direção na biologia: a genômica 3D, que estuda diversas funções do DNA.