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Novas descobertas do Stowers Institute for Medical Research revelam informações críticas sobre como um gene egoísta perigoso – considerado uma porção parasitária do DNA – funciona e sobrevive. Compreender essa dinâmica é um recurso valioso para a comunidade mais ampla que estuda os sistemas de acionamento meiótico.
Um novo estudo, publicado na Genética PLoS em 7 de dezembro de 2022, revela como um gene egoísta em levedura usa uma estratégia de veneno-antídoto que permite sua função e provavelmente facilitou seu sucesso evolutivo a longo prazo. Essa estratégia é uma adição importante para cientistas que estudam sistemas semelhantes, incluindo equipes que estão projetando sistemas de acionamento sintético para controle de pragas patogênicas. O avanço coletivo e colaborativo na compreensão da unidade pode um dia levar à erradicação de populações de pragas que prejudicam as plantações ou mesmo os humanos no caso de doenças transmitidas por vetores.
“É muito perigoso para um genoma codificar uma proteína que tem a capacidade de matar o organismo”, disse a investigadora associada da Stowers, SaraH Zanders, Ph.D. “No entanto, entender a biologia desses elementos egoístas pode nos ajudar a construir drivers sintéticos para modificar as populações naturais”.
Drivers são genes egoístas que podem se espalhar em uma população em taxas mais altas do que a maioria dos outros genes, sem beneficiar o organismo. Pesquisas anteriores do Zanders Lab revelaram que um gene condutor na levedura, wtf4, produz proteína venenosa capaz de destruir todos os descendentes. No entanto, para um determinado par de cromossomos da célula-mãe, a unidade é alcançada quando wtf4 é encontrado apenas em um cromossomo. O efeito é um resgate simultâneo apenas dos descendentes que herdam o alelo do impulso, ao fornecer uma dose de uma proteína muito semelhante que neutraliza o veneno, o antídoto.
Com base neste trabalho, o estudo, liderado pela ex-pesquisadora de pré-doutorado Nicole Nuckolls, Ph.D., e pela atual pesquisadora de pré-doutorado Ananya Nidamangala Srinivasa no Zanders Lab, descobriu que as diferenças no tempo de geração de proteínas de veneno e antídoto de wtf4 e suas características únicas os padrões de distribuição nos esporos em desenvolvimento são fundamentais para o processo de acionamento.
A equipe desenvolveu um modelo que continua investigando para saber como o veneno age para matar o esporo – o equivalente a um óvulo humano ou esperma em levedura. Seus resultados indicam que as proteínas venenosas se agrupam, potencialmente interrompendo o dobramento adequado de outras proteínas necessárias para o funcionamento da célula. Como o gene wtf4 codifica veneno e antídoto, o antídoto é muito semelhante em forma e grupos junto com o veneno. No entanto, o antídoto tem uma parte extra que parece isolar os aglomerados veneno-antídoto, levando-os para a lata de lixo da célula, o vacúolo.
Para entender como os genes egoístas funcionam durante a reprodução, os pesquisadores observaram o início da formação dos esporos e encontraram proteínas venenosas expressas em todos os esporos em desenvolvimento e no saco que os envolve, enquanto a proteína antídoto foi vista apenas em baixa concentração em todo o saco. Mais tarde no desenvolvimento, o antídoto foi enriquecido dentro dos esporos que herdaram o wtf4 da célula de levedura parental.
Os pesquisadores descobriram que os esporos que herdaram o gene condutor fabricaram proteína antídoto adicional dentro do esporo para neutralizar o veneno e garantir sua sobrevivência.
A equipe também descobriu que um determinado interruptor molecular que controla muitos outros genes envolvidos na formação de esporos também controla a expressão do veneno, mas não do antídoto, do gene wtf4. O switch é essencial para a reprodução da levedura e está intimamente ligado ao wtf4, ajudando a explicar por que esse gene egoísta é tão bem-sucedido em evitar qualquer tentativa do hospedeiro de desativar o switch.
“Uma das razões pelas quais pensamos que essas coisas permaneceram por tanto tempo – eles usaram essa estratégia sorrateira de explorar o mesmo interruptor essencial que ativa a reprodução do fermento”, disse Nidamangala Srinivasa.
“Se pudéssemos manipular esses parasitas de DNA para serem expressos em mosquitos e conduzir sua destruição, poderia ser uma forma de controlar as espécies de pragas”, disse Nuckolls.
Autores adicionais incluem Anthony Mok, María Angélica Bravo Núñez, Ph.D., Jeffery Lange, Ph.D., Todd J. Gallagher e Chris W. Seidel, Ph.D.
Este trabalho foi financiado pelo Searle Award, National Institutes of General Medical Sciences (prêmios: R00GM114436, DP2GM132936), National Cancer Institute (prêmio: F99CA234523), Eunice Kennedy Shriver National Institute of Child Health and Human Development (prêmio: F31HD097974 ) do National Institutes of Health (NIH) e apoio institucional do Stowers Institute for Medical Research. O conteúdo é de responsabilidade exclusiva dos autores e não representa necessariamente as opiniões oficiais do NIH.
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