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Como seus primos virais, uma sequência de DNA um tanto parasitária chamada retrotransposon foi encontrada emprestando o maquinário da própria célula para atingir seus objetivos.
Em um novo trabalho que aparece on-line na quarta-feira no jornal Naturezauma equipe da Duke University determinou que os retrotransposons sequestram um pedaço pouco conhecido da função de reparo do DNA da célula para se fechar em uma forma de anel e, em seguida, criar uma dupla fita correspondente.
A descoberta derruba 40 anos de sabedoria convencional dizendo que esses anéis eram apenas um subproduto inútil da cópia de genes ruins. Também pode oferecer novos insights sobre câncer, infecções virais e respostas imunes.
Os retrotransposons são segmentos de DNA com cerca de 7.000 letras que se copiam e se colam em diferentes partes dos genomas de plantas e animais. Ao fazer isso, eles desempenham um papel na reescrita do DNA e na regulação de como a célula usa seus genes. Acredita-se que os retrotransposons estejam por trás de muita variação e inovação em genes que impulsionam a evolução e são herdados de ambos os pais.
Muitos estudos sugeriram que esses anéis de DNA fora dos cromossomos estão de alguma forma envolvidos no desenvolvimento e na progressão do câncer, em parte porque eles são conhecidos por abrigar oncogenes causadores do câncer em suas sequências de DNA. O retrovírus HIV, que causa a AIDS, também é conhecido por formar DNA circular.
“Acho que esses elementos são a fonte da dinâmica do genoma, para a evolução animal e até mesmo para afetar nossas vidas diárias”, disse Zhao Zhang (ZZ), professor assistente de farmacologia e biologia do câncer e estudioso da Duke Science & Technology. “Mas ainda estamos no processo de avaliar sua função.”
Os retrotransposons são bastante comuns – eles compõem cerca de 40% do genoma humano e mais de 75% do genoma do milho – mas como e onde eles se copiam sempre foi um pouco obscuro.
Zhang mostra um livro grosso sobre retrovírus que consultou para este estudo. Os livros dizem que as sequências semelhantes a anéis são “criadas pela recombinação das duas extremidades do DNA linear e são apenas um beco sem saída, um subproduto da replicação falha”, disse ele.
Em trabalhos anteriores com ovos de moscas-das-frutas, a equipe de Zhang estabeleceu que os retrotransposons herdados usam as “células nutrizes” que sustentam o ovo como fábricas para fabricar muitas cópias de si mesmas que são então distribuídas por todo o genoma no ovo em desenvolvimento da mosca. Este sistema modelo permitiu que os pesquisadores ampliassem ainda mais para aprender mais sobre os retrotransposons.
No trabalho mais recente, eles descobriram inesperadamente que a maioria dos retrotransposons recém-adicionados estava nessa forma circular, em vez de integrados ao genoma do hospedeiro. Em seguida, eles realizaram uma série de experimentos eliminando os mecanismos de reparo do DNA da célula, um de cada vez, para descobrir como e onde os círculos estão sendo formados.
A resposta: um mecanismo de reparo de DNA pouco estudado chamado reparo de DNA de junção de extremidade alternativa, ou alt-EJ para abreviar, que repara quebras de fita dupla. As sequências do retrotransposon estavam usando essa parte da maquinaria de reparo do hospedeiro para costurar as extremidades de seu DNA de fita simples e, em seguida, usando sua sintase de DNA para criar uma fita dupla correspondente. Para garantir, os pesquisadores confirmaram que esse também é o processo dentro das células humanas.
Portanto, os retrotransposons não são um acidente desleixado; na verdade, eles estão sequestrando um pouco da maquinaria da célula para fabricar mais de si mesmos, assim como os vírus fazem.
“Nossa descoberta realmente derruba o modelo de livro didático”, disse Zhang. “Mostramos que o evento de recombinação proposto pelo livro não é importante para a formação de anéis”, disse Zhang. “Em vez disso, é o caminho do alt-EJ dirigindo a produção do círculo.”
“Meu laboratório atualmente está tentando testar se o DNA circular pode ser um intermediário para fazer novas inserções de genoma”, disse Zhang. “Também estamos testando se o DNA circular pode ser detectado pelo nosso sistema imunológico para desencadear uma resposta imune”.
“No campo retroviral e no campo retrotransposon, as pessoas pensam que o DNA circular é apenas um evento menor, mas nosso estudo está trazendo o DNA circular para o centro do palco”, disse Zhang. “As pessoas deveriam prestar mais atenção ao DNA circular.”
O financiamento para este estudo veio do National Cancer Institute (P01CA247773), National Institutes of Health (DP5 OD021355, R01 GM141018) e do Pew Biomedical Scholars Program.
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