Cientistas revelam uma nova maneira de nosso DNA produzir novos genes do zero: ScienceAlert

Os cientistas descobriram como o nosso DNA pode usar um botão genético de avanço rápido para criar novos genes que se adaptem rapidamente aos nossos ambientes em constante mudança.

Ao investigar erros de replicação do ADN, investigadores da Universidade de Helsínquia, na Finlândia, descobriram que algumas mutações únicas produzem palíndromos, que se lêem para a frente e para trás. Nas condições certas, estes podem evoluir para… MicroRNA Genes (miRNA).

Esses genes pequenos e simples desempenham um papel importante na regulação de outros genes. Muitos genes de miRNA já existem há muito tempo na história evolutiva, mas os cientistas descobriram que em alguns grupos de animais, como os primatas, De repente, novos genes de miRNA aparecem.

“O surgimento de novos genes do nada surpreendeu os pesquisadores.” Ele diz Cientista de bioinformática Helle Monteinen, primeira autora do novo estudo.

“Temos agora um modelo elegante para a evolução dos genes de RNA”.

Os erros que permitem esta forma notavelmente eficiente de gerar genes são chamados de mutações de troca de modelo (TSMs). O processo de criação de miRNAs associados ao TSM é muito mais rápido do que a evolução de novas proteínas funcionais.

“O DNA é copiado uma base de cada vez, e as mutações geralmente são bases únicas erradas, como toques errados no teclado de um laptop”, Ele diz Líder do projeto e especialista em bioinformática, Ari Luitinoja.

“Estudamos um mecanismo que causa erros maiores, como copiar e colar texto de outro contexto. Estávamos particularmente interessados ​​em casos que copiavam texto ao contrário, criando um sistema simétrico.”

Todas as moléculas de RNA precisam de conjuntos repetidos de bases que mantêm a molécula em sua forma funcional. A equipe optou por focar nos genes microRNA, que são muito curtos, compostos por cerca de 22 genes Regra dos pares.

Mas mesmo para genes de microRNA simples, as chances de que mutações aleatórias de bases formem lentamente esses tipos de vias alternadas são muito baixas.

Os cientistas ficaram intrigados de onde vieram essas sequências alternadas. Acontece que os TSMs podem produzir rapidamente homólogos completos de DNA, criando novos genes de microRNA a partir de sequências de DNA anteriormente não codificantes.

“Na molécula de RNA, as bases de homólogos adjacentes podem emparelhar e formar estruturas semelhantes a grampos. Tais estruturas são essenciais para o funcionamento das moléculas de RNA.” Ele diz Biotecnologista Mikko Freelander.

Genomas completos já foram mapeados para muitos primatas e mamíferos. Ao comparar esses genomas usando um algoritmo de computador personalizado, os pesquisadores conseguiram descobrir quais espécies tinham um palíndromo de microRNA.

“Através da modelagem detalhada da história, podemos ver que homólogos completos são criados por eventos de mutação única”, disse Montinen. Ele explica.

O diagrama abaixo explica bem o processo. Quando a replicação do DNA começa em cada par de bases de sua lista de receitas, ela para quando atinge uma mutação ou um par de bases defeituoso.

A replicação então se move para o dado adjacente e começa a repetir essas instruções, mas de trás para frente.

Quando o replicador retorna ao modelo original, ele cria um homólogo muito pequeno que pode emparelhar consigo mesmo em uma estrutura em gancho.

A troca de modelos durante a replicação do DNA permite que um único evento mutacional crie a estrutura perfeita no DNA para um novo gene de miRNA. Isto é muito mais eficiente do que as mudanças lentas e graduais que podem ocorrer com ele Blocos de construção individuais.

Na árvore genealógica dos primatas, foram encontradas mais de 6.000 dessas estruturas, o que poderia dar origem a pelo menos 18 novos genes de miRNA em humanos. Isto representa 26% de todos os miRNAs que se pensa terem surgido desde o aparecimento dos primatas.

Tais descobertas, que abrangem linhas evolutivas, apontam para um mecanismo universal para a criação de genes de miRNA, e a equipe acredita que as descobertas também poderiam ser aplicadas a outros genes e moléculas de RNA.

Parece relativamente fácil surgir novos genes de microRNA que possam impactar a saúde humana. Alguns miRNAs associados ao TSM já demonstraram importância funcional, por exemplo HSA-MER-576 O que afeta a resposta antiviral em primatas.

“Muitas variantes do TSM são capazes de se tornar genes de miRNA que segregam entre as populações humanas”, escrevem os autores Ele escreve“O que sugere que o processo TSM está ativo e moldando nossos genomas neste momento.”

O estudo foi publicado em Anais da Academia Nacional de Ciências.