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O splicing alternativo, uma maneira inteligente de uma célula gerar muitas variações diferentes de RNAs mensageiros – RNAs de cadeia simples envolvidos na síntese de proteínas – e proteínas do mesmo trecho de DNA, desempenha um papel importante na biologia molecular. Progredindo rapidamente, o campo do splicing alternativo é um tópico complexo e a literatura científica já é extensa.
David Nikom, aluno do Programa de Pós-Graduação em Neurociência da UC Riverside, e seu orientador, Sika Zheng, professor associado de ciências biomédicas na Escola de Medicina da UCR e diretor do Centro de Biologia e Medicina do RNA, escreveram uma revisão em Nature Reviews Neurociência discutir pesquisas emergentes e evidências dos papéis dos defeitos de splicing alternativos nas principais doenças neurodegenerativas. Eles também resumem os últimos avanços em estratégias terapêuticas baseadas em RNA para direcionar esses distúrbios.
Segundo eles, o tema do splicing alternativo em doenças neurodegenerativas é particularmente relevante em vista da frequência crescente de doenças neurodegenerativas em todo o mundo e da necessidade urgente de novas abordagens para seu tratamento e gerenciamento. Eles argumentam que, uma vez que a desregulação de splicing aberrante ocorre comumente em doenças neurodegenerativas, a promessa de usar terapias de RNA é importante para entender e bem adequada para uma revisão.
Intitulada “Alternative Splicing in Neurodegenerative Disease and the Promise of RNA Therapies”, sua revisão visa fornecer conhecimento abrangente e abrangente para um público científico interessado no tópico. Ele sintetiza o conhecimento e as descobertas de décadas de pesquisa feitas por muitos laboratórios em todo o mundo sobre a doença de Alzheimer, doença de Parkinson, doença de Huntington, ALS, demência frontal temporal, etc. O trabalho é apoiado por doações para Zheng do National Institutes of Health.
Nas perguntas e respostas a seguir, Zheng e Nikom desvendam os principais aspectos da revisão.
P: O que é desregulação de splicing alternativo?
Uma vez que o DNA de um gene é transcrito em um RNA pré-mensageiro (RNA antes de ser emendado), apenas uma pequena fração do RNA pré-mensageiro se transforma no RNA mensageiro final, ou mRNA, transcrito que codifica a proteína. O splicing alternativo é um processo pelo qual uma célula pode selecionar quais dessas partes codificadoras de proteínas incluir no RNA ou proteína resultante. A desregulação do splicing alternativo ocorre quando esse processo dá errado de alguma forma. A célula escolhe incluir as partes erradas da codificação da proteína ou excluir algumas partes corretas. Isso pode causar todos os tipos de problemas com a proteína resultante: ela pode ser mais curta do que deveria, o que interromperia sua função normal na célula, ou pode resultar na não produção da proteína.
P: Qual é o papel do splicing alternativo na biologia molecular?
O splicing alternativo expande enormemente a diversidade das proteínas que podem ser produzidas a partir de um único gene. Isso é importante porque os organismos multicelulares produzem muitos tipos diferentes de células que compõem os diversos tipos de tecidos de seu corpo. Mas cada célula tem apenas o mesmo código genético. Para produzir a deslumbrante complexidade da vida multicelular, as células dependem de splicing alternativo para dar-lhes a flexibilidade de fazer grandes famílias de proteínas semelhantes com diferentes funções específicas do tecido e específicas do estágio de desenvolvimento. Por exemplo, certas redes de splicing alternativas são ativadas apenas durante o desenvolvimento embrionário e são desligadas quando o organismo amadurece.
P: Resumidamente, como isso contribui para a patologia molecular de uma ampla gama de doenças neurodegenerativas?
Certos órgãos dependem de splicing alternativo para gerar diversidade celular mais do que outros. Não sabemos ao certo por que, mas o cérebro tem mais splicing alternativo acontecendo do que qualquer outro órgão do corpo. Os cientistas especulam que isso pode ser devido à complexidade única do cérebro, à rápida evolução ou à extraordinária diversidade de tipos de células que ele contém. O que sabemos é que há muitos eventos de splicing alternativos específicos do cérebro que consistentemente dão errado em doenças neurológicas. Estes incluem distúrbios do neurodesenvolvimento, como transtorno do espectro do autismo, ou doenças neurodegenerativas, como a doença de Alzheimer ou ALS. O exemplo mais bem compreendido que temos até agora tem a ver com o splicing alternativo desregulado na ELA. Os cientistas descobriram que esses eventos de splicing errôneos levam à produção de proteínas aberrantes ou à redução de proteínas normais, que afetam a saúde e a função neuronal. Algumas outras doenças neurodegenerativas com splicing alternativo desregulado incluem demência frontotemporal, doença de Parkinson, disautonomia familiar, doença de Huntington, atrofia muscular espinhal e distrofia muscular de Duchenne.
P: O splicing alternativo desempenha um papel em outras doenças?
O splicing alternativo tem sido associado a cerca de 15% das doenças genéticas e cânceres humanos. As mutações nos componentes que regulam o splicing alternativo são causadoras de muitas doenças, tanto comuns quanto raras. Distrofia miotônica, síndromes mielodisplásicas (cânceres de medula óssea), distúrbios degenerativos da retina como retinite pigmentosa e progéria (síndrome de envelhecimento prematuro raro) são exemplos proeminentes de doenças causadas por defeitos de splicing.
P: Você conclui a revisão com os últimos avanços em estratégias terapêuticas baseadas em RNA desenvolvidas para atingir os mecanismos de splicing subjacentes. Quais são alguns desses avanços?
Um bom exemplo de direcionamento de mecanismos de splicing subjacentes para tratar doenças é com uma doença chamada atrofia muscular espinhal, uma importante doença genética de crianças e bebês. Os seres humanos carregam duas cópias quase idênticas do gene Survival Motor Neuron: SMN1 e SMN2 que são essenciais para a sobrevivência de todas as células animais. Pacientes com Atrofia Muscular Espinhal têm perda de SMN1; SMN2 é a única fonte da proteína SMN em pacientes. A diferença crítica entre SMN1 e SMN2 é o splicing do exon 7, um pequeno fragmento da sequência codificadora de proteínas dentro do gene SMN. Diferente SMN1 exon 7, SMN2 o exon 7 geralmente não é incluído na maioria dos tecidos. A transcrição ignorada do exon 7 gerada por SMN2 produz uma proteína parcialmente funcional e instável. A primeira aprovação terapêutica para SMA visa o SMN2 pré-mRNA e se liga a uma região que é acessada pela maquinaria de splicing para remover o exon 7. Isso leva ao bloqueio da remoção do exon 7 e promove a formação da proteína SMN funcional. Ao promover o splicing do exon 7, essa droga (Spinraza) aumentou a expressão de SMN na célula do SMN2 gene, compensando a perda de SMN1e impedindo a perda de células no sistema nervoso central.
Esta história é um exemplo clássico de um mecanismo de splicing que pode ser direcionado para o tratamento de uma doença fatal em crianças. A esperança é entender muitos outros mecanismos de splicing e encontrar novas maneiras de direcioná-los para o tratamento de outras doenças.
Alguns dos últimos avanços:
- Oligonucleotídeos de troca de emenda (como Spinraza) para tauopatias – distúrbios neurodegenerativos com deposição anormal de proteína tau – que podem corrigir o equilíbrio das isoformas causadoras de doenças (variantes de tau-RNA) no cérebro
- Oligonucleotídeos de splicing visando proteínas amilóides que podem reduzir placas cerebrais em camundongos com Alzheimer
- Trans-splicing de RNA mediado por spliceossoma (SMaRT) – sistema de reprogramação de genes projetado para corrigir mRNAs com splicing aberrante, substituindo toda a sequência de codificação a montante ou a jusante de um local de splicing
- Abordagens CRISPR direcionadas ao RNA que podem reverter defeitos de splicing sem alterar o genoma do paciente, como as terapias genéticas tradicionais.
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