Mutações ‘silenciosas’ têm repercussões além do seu próprio gene

Mutações genéticas ocorrem quando um nucleotídeo em um códon é trocado. Em mutações não sinônimas, isso interrompe a função do códon de codificar seu aminoácido. Em mutações sinônimas, o códon ainda codifica o aminoácido correto. Como tal, essas mutações são apelidadas de “silenciosas” e frequentemente consideradas inconsequentes para a saúde humana.

Agora, pesquisadores da Universidade de Notre Dame estão adicionando novas evidências ao conceito emergente de que essas mutações silenciosas podem ter consequências cruciais. Seu estudo, publicado no Anais da Academia Nacional de Ciênciasmostrou como uma mutação sinônima em um gene pode afetar significativamente um gene vizinho, aumentando sua produção de proteínas.

“O dogma no campo agora é que dentro da parte de codificação de proteína do genoma, as únicas mutações que importam são aquelas que mudam o DNA para codificar de um aminoácido para outro”, disse Patricia L. Clark, a Professora O’Hara de Química e Bioquímica em Notre Dame e autora principal do estudo. “Essa é uma visão muito simplificada — a ponto de ser prejudicial — do que importa.”

Para este estudo, financiado pelo Clark’s Director’s Pioneer Award do National Institutes of Health, pesquisadores fizeram experimentos com o genoma da bactéria E. coli, pois seu genoma pequeno e estrutura celular simples tornam mais simples fazer perguntas fundamentais sobre o impacto de mutações do que células humanas. Eles criaram nove versões sinônimas diferentes do gene CAT (Chloramphenicol acetyltransferase), com cada uma usando diferentes códons sinônimos para codificar a proteína CAT.

Quando essas diferentes versões sinônimas foram expressas, eles descobriram que quatro das nove sequências sinônimas afetaram o número de proteínas CAT sintetizadas.

“Pense em mutações sinônimas como uma enorme colcha de retalhos de possíveis sequências de DNA que vão lhe dar a mesma proteína”, disse Clark. “Você pode escolher qualquer parte da colcha e obter a mesma proteína, mas você obterá a mesma quantidade de proteína? A dobra da proteína será a mesma? A célula será saudável? Era isso que estávamos observando.”

A hipótese inicial de Clark, como especialista em dobramento de proteínas, era que essas quatro mutações sinônimas poderiam estar alterando o dobramento da proteína CAT, que ocorre após a expressão genética. No entanto, os pesquisadores — incluindo a primeira autora Anabel Rodriguez, então uma estudante de doutorado no laboratório de Clark — continuaram a descobrir que o impacto das mutações sinônimas ocorre durante o processo de expressão genética, afetando a transcrição de DNA para RNA.

“O que Anabel mostrou foi que a quantidade de síntese de proteína CAT estava correlacionada à quantidade de síntese de RNA CAT”, disse Clark. “Isso indicou que algumas mutações sinônimas atrapalharam a síntese de RNA a partir do DNA. Que Anabel tenha conseguido descobrir esse novo mecanismo de regulação transcricional, enquanto trabalhava em um laboratório sem experiência anterior no estudo da transcrição, é uma conquista notável.”

A pesquisa mostrou que algumas das mutações sinônimas criaram sítios de transcrição crípticos na fita de DNA CAT. A RNA polimerase, a enzima responsável pela transcrição de DNA para RNA, estava se ligando a esses sítios de transcrição crípticos — em vez do sítio de ligação esperado.

Essas polimerases sintetizaram um RNA que começou dentro do CAT, mas se estendeu para também codificar todo o gene vizinho, a montante. No caso do CAT, o gene a montante codifica uma proteína repressora, então produzir mais dela reprime a expressão do CAT.

O conceito de uma mutação sinônima impactando os processos de seu próprio gene só foi considerado na última década. Então, a ideia de que uma mutação sinônima em um gene também poderia afetar os processos de transcrição e tradução de um gene vizinho é uma expansão significativa — e algo que Clark e seu laboratório planejam explorar mais.

“Tem havido um número crescente de estudos de referência que mostram o quão incompleto é nosso entendimento sobre o impacto de mutações sinônimas. Devemos considerar como essas mutações impactam todas as doenças e distúrbios genéticos”, disse Clark. “Espero que nosso estudo ajude a acelerar a construção de um entendimento abrangente.”

Em seguida, a equipe de pesquisa planeja analisar como algumas das mutações sinônimas do gene CAT foram capazes de recrutar a RNA polimerase para o local de ligação críptico de forma tão eficiente. Isso é especialmente intrigante, dado que os algoritmos de aprendizado de máquina atualmente disponíveis não foram capazes de prever isso com precisão.

Clark atua como vice-presidente associado de pesquisa e diretor do Biophysics Instrumentation Core Facility em Notre Dame. Anabel Rodriguez, ex-aluna de pós-graduação no laboratório de Clark e atual instrutora no Coastal Carolina Community College, foi a autora principal do estudo.

Outros coautores do estudo incluem Jacob Diehl, Christopher Bonar, Taylor Lundgren, McKenze Moss, Jun Li, Tijana Milenkovic, Paul Huber e Matthew Champion, da Notre Dame; Gabriel Wright, da Escola de Engenharia de Milwaukee; e Scott Emrich, da Universidade do Tennessee.