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Quando as células copiam o DNA para produzir transcrições de RNA, elas incluem apenas alguns pedaços de material genético conhecidos como éxons e descartam o resto. O produto resultante é uma molécula de RNA totalmente madura, que pode ser usada como modelo para construir uma proteína.
Uma das características da expressão gênica é que, por meio de um processo conhecido como splicing alternativo, uma célula pode selecionar diferentes combinações de éxons para produzir diferentes transcritos de RNA. Como os produtores de cinema que criam um corte regular e do diretor de um filme, incluir ou excluir um único exon pode resultar na produção de proteínas com funções diferentes.
Organismos vivos usam splicing alternativo para permitir funções complexas. Diferentes tipos de células em diferentes tipos de tecidos produzem diferentes transcritos de RNA do mesmo gene. Compreender como esse processo funciona fornece novas pistas sobre o desenvolvimento humano, saúde e doença e abre caminho para novos alvos diagnósticos e terapêuticos.
Nos últimos anos, os pesquisadores descobriram microexons, um tipo de sequência de DNA que codifica proteínas. Com apenas três a 27 nucleotídeos de comprimento, os microexons são muito mais curtos do que o éxon médio, cujo tamanho médio é de cerca de 150 nucleotídeos. A existência de microexons em muitas espécies diferentes, desde moscas a mamíferos, sugere que eles têm uma função importante porque foram conservados pela seleção natural por centenas de milhões de anos.
Em humanos, a maioria dos microexons são encontrados exclusivamente em células neuronais, onde os minúsculos fragmentos de genes exercem um papel poderoso. Por exemplo, estudos recentes mostram que eles são cruciais para o desenvolvimento de fotorreceptores, um tipo especializado de neurônio na retina. A pesquisa também mostrou que alterações na atividade do microexon são comuns em cérebros autistas, sugerindo que os minúsculos fragmentos de genes desempenham um papel importante nas características clínicas da doença.
“Um microexon é um pequeno fragmento de DNA que codifica alguns aminoácidos, os blocos de construção das proteínas. Embora não conheçamos os mecanismos exatos de ação envolvidos, incluir ou excluir apenas um punhado desses aminoácidos durante o splicing esculpe o superfícies de proteínas de maneira altamente precisa. Portanto, o splicing de microexons pode ser visto como uma forma de realizar a microcirurgia de proteínas no sistema nervoso, modificando a forma como elas interagem com outras moléculas nas sinapses altamente especializadas dos neurônios”, explica o professor de pesquisa do ICREA Dr. Manuel Irimia, pesquisador do Centro de Regulação Genômica (CRG) que explora o papel funcional dos microexons.
Uma equipe de pesquisa liderada pelo Dr. Irimia e pelo professor de pesquisa do ICREA Juan Valcárcel no CRG descobriu agora que os microexons também são encontrados em outro tipo de célula que realiza funções altamente especializadas em tecidos e órgãos complexos – células endócrinas no pâncreas. O splicing de microexons é predominante nas ilhotas pancreáticas, tecidos que hospedam células beta que produzem o hormônio insulina. Os resultados foram publicados hoje na revista Nature Metabolism.
Os pesquisadores se depararam com a descoberta enquanto estudavam o papel do splicing alternativo na biologia das ilhotas pancreáticas e na manutenção dos níveis de açúcar no sangue. Eles estudaram os dados da sequência de RNA de diferentes tecidos humanos e de roedores, procurando especificamente por éxons que são splicing diferencialmente em ilhotas pancreáticas em comparação com outros tecidos.
Os dados revelaram que metade dos exons especificamente enriquecidos em ilhotas pancreáticas eram microexons, quase todos também encontrados em células neuronais. A descoberta está de acordo com a ideia de que as células das ilhotas pancreáticas evoluíram tomando emprestados mecanismos reguladores das células neuronais.
Dos mais de cem microexons de ilhotas pancreáticas encontrados, a maioria estava localizada em genes críticos para a secreção de insulina ou ligada ao risco de diabetes tipo 2. A pesquisa também revelou que a inclusão de microexons em transcritos de RNA foi controlada por SRRM3, uma proteína que se liga a moléculas de RNA e é codificada pelo gene SRRM3. Os autores do estudo mostraram que altos níveis de açúcar no sangue induzem tanto a expressão de SRRM3 quanto a inclusão de microexons, sugerindo a possibilidade de que a regulação do splicing de microexons possa desempenhar um papel na manutenção dos níveis de açúcar no sangue.
Para entender melhor o impacto dos microexons das ilhotas, os pesquisadores realizaram vários experimentos funcionais usando células beta humanas cultivadas em laboratório, bem como experimentos in vivo e ex vivo com camundongos sem o gene SRRM3.
Eles descobriram que a depleção de SRRM3 ou a repressão de microexons únicos levam ao comprometimento da secreção de insulina nas células beta. Em camundongos, alterações no splicing de microexons mudaram a forma das ilhotas pancreáticas, afetando a liberação de insulina.
Os pesquisadores se uniram ao grupo de pesquisa do Dr. Jorge Ferrer, também do CRG, para estudar dados genéticos e transcritos de RNA de indivíduos diabéticos e não diabéticos e explorar possíveis ligações entre microexons e distúrbios metabólicos humanos. Eles descobriram que as variantes genéticas que afetam a inclusão do microexon estão ligadas a variações nos níveis de açúcar no sangue em jejum e também ao risco de diabetes tipo 2. Eles também descobriram que os pacientes com diabetes tipo 2 têm níveis mais baixos de microexons em suas ilhotas pancreáticas.
As descobertas do estudo abrem caminho para explorar novas estratégias terapêuticas para tratar o diabetes por meio da modulação do splicing. “Aqui mostramos que os microexons das ilhotas desempenham papéis importantes na função das ilhotas e na homeostase da glicose, contribuindo potencialmente para a predisposição ao diabetes tipo 2. Por esse motivo, os microexons podem representar alvos terapêuticos ideais para tratar células beta disfuncionais no diabetes tipo 2”, explica o Dr. Jonas Juan Mateu, primeiro autor do estudo e pesquisador de pós-doutorado no CRG.
“Uma ampla gama de moduladores de splicing está disponível para tratar uma variedade de doenças humanas. Quando comecei a estudar o splicing em ilhotas pancreáticas, oito anos atrás, queria descobrir se os moduladores de splicing existentes poderiam ser reaproveitados para o diabetes. Acho que estamos um passo mais perto disso”, acrescenta o Dr. Juan Mateu.
Embora o trabalho mostre que os microexons são novos atores importantes na biologia das ilhotas pancreáticas, mais estudos serão necessários para determinar seu impacto preciso durante o desenvolvimento do tecido. Os pesquisadores também carecem de uma visão mecanicista sobre como cada microexon individual altera a função da proteína e afeta os principais caminhos nas células das ilhotas. Entender isso esclarecerá seu papel fisiológico exato no diabetes e em outras doenças metabólicas ligadas às ilhotas pancreáticas.
O estudo contribui para um crescente corpo de evidências de que os microexons desempenham papéis cruciais no desenvolvimento humano, na saúde e na doença. “Menos de 10 anos depois de relatarmos sua existência pela primeira vez, estamos vendo como os microexons são elementos-chave que modificam a maneira como as proteínas interagem entre si em células com funções que requerem um alto grau de especialização, como neurotransmissor ou liberação de insulina e transdução de luz “, explica o Dr. Irimia.
“Conseqüentemente, esperamos que mutações em microexons levem a doenças cujas causas genéticas ainda não entendemos. ” ele conclui.
As descobertas foram feitas por uma equipe liderada pelos professores de pesquisa do ICREA, Manuel Irimia e Juan Valcárcel, líderes de grupo nos programas de pesquisa de Sistemas e Biologia Sintética e Biologia do Genoma no Centro de Regulação Genômica. Colaboradores incluem o Dr. Jorge Ferrer, Coordenador do programa de Biologia Computacional e Genômica da Saúde no CRG e Líder de Grupo no CIBERDEM.
As descobertas foram apoiadas por meio de uma bolsa de pesquisa em saúde da Fundação “La Caixa”, do Conselho Europeu de Pesquisa (ERC), das Bolsas Europeias de Pós-Doutorado Marie Skłodowska-Curie da UE, da Fundação Europeia para o Estudo do Diabetes (EFSD) e da Lilly European Diabetes Programa de Pesquisa.
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