O RNA ganhou enorme repercussão com as vacinas contra a covid-19, mas a molécula está longe de ser uma novidade. Presente em todas as células, ela desempenha funções essenciais para a vida, como o transporte de informações genéticas, a catálise (aumento da velocidade) de reações químicas e o controle da expressão dos genes. Apesar do que já se sabe sobre ela, os cientistas ainda não conhecem em detalhes todos os mecanismos que controlam seu funcionamento.
Um estudo publicado no Journal of Proteome Research se debruçou sobre uma dessas lacunas e investigou como a célula controla duas etapas essenciais da vida do RNA: o processamento, que prepara a molécula para funcionar, e a degradação, que a elimina quando ela não é mais necessária.
A pesquisa foi realizada por cientistas do Instituto de Química (IQ) da USP e teve como foco o exossomo de RNA, um conjunto de proteínas que atua como uma espécie de máquina de processamento e degradação. “Todos os RNAs passam por processamento, e essa é uma etapa essencial para a regulação da expressão gênica [processo pelo qual a célula transforma a informação genética em moléculas funcionais]”, explica Carla Columbano de Oliveira, professora do IQ e coordenadora do estudo.
Um dos exemplos mais importantes envolve os ribossomos, as estruturas que fabricam as proteínas da célula. Eles próprios são formados, em parte, por RNA, que precisa ser processado antes de o ribossomo funcionar. No núcleo da célula, o exossomo participa do processamento do RNA ribossomal e elimina moléculas que foram produzidas de maneira incorreta.
Já no citoplasma, região da célula que fica fora do núcleo, o exossomo participa da degradação de diferentes tipos de RNA, incluindo o RNA mensageiro, molécula que leva as instruções necessárias para a produção de proteínas.
“Se um RNA mensageiro não tiver sido corretamente processado, ele precisa ser eliminado, senão pode produzir uma proteína defeituosa que pode ser prejudicial à célula. Além disso, o RNA não pode ficar para sempre na célula: uma hora ele tem que ser degradado, para que não seja mais expresso”, explica a pesquisadora.
A célula e o exossomo
Para executar tarefas tão diferentes, o exossomo precisa interagir com outras proteínas que ajudam a direcioná-lo e a regular sua atividade. Foi justamente nesse sistema de interações que os pesquisadores concentraram sua atenção. A pergunta central era: como a célula controla quais proteínas se associam ao exossomo em cada situação?
“A nossa questão é: se ele está envolvido em processamento de RNA ribossomal e degradação de todos os tipos de RNA, tanto no núcleo como no citoplasma, como ele é regulado?”, resume Carla Oliveira.
O estudo foi feito com Saccharomyces cerevisiae, a levedura usada há milênios para fazer pão, cerveja e vinho. A escolha não foi ao acaso: o exossomo de RNA foi descoberto nesse microrganismo, que se tornou um importante modelo para estudar o funcionamento das células. A levedura é fácil de cultivar e permite modificar seus genes, além de observar as consequências dessas alterações. Além disso, muitos dos mecanismos celulares encontrados na levedura também estão presentes em outros organismos, incluindo os seres humanos. “Em humanos, mutações nos genes que codificam as subunidades do exossomo estão associadas a doenças que afetam o sistema nervoso central”, explica a professora.
Interruptores químicos
Uma das hipóteses investigadas pelos pesquisadores era que a fosforilação pudesse ajudar a regular o exossomo. Trata-se de uma pequena modificação química que a própria célula faz em suas proteínas, acrescentando a elas um grupo fosfato. Dependendo do local em que acontece, essa modificação pode funcionar como uma espécie de interruptor, mudando a atividade de uma proteína ou as moléculas com as quais ela interage.
Para investigar essa hipótese, a equipe usou duas proteínas do próprio exossomo como “iscas” – a Rrp6 e a Rrp46 – para capturar outras moléculas associadas a ele. Como isca, a Rrp6 permite capturar proteínas associadas ao exossomo do núcleo. Já a Rrp46 permite capturar proteínas associadas tanto ao exossomo nuclear quanto ao citoplasmático.
Em seguida, verificaram quais das proteínas capturadas pelas iscas carregavam grupos fosfato. Encontraram inicialmente 737 pontos de fosforilação. Cada ponto é um aminoácido exato, dentro de uma proteína específica, onde o fosfato foi encontrado.
Depois, os pesquisadores filtraram os resultados em busca daqueles relacionados ao processamento do RNA ribossomal e ao transporte de moléculas entre núcleo e citoplasma. Neste processo, chegaram a 114 pontos de fosforilação, a maior parte deles em proteínas parceiras do exossomo, mas também em algumas de suas próprias subunidades. Cada um desses pontos é um candidato — um lugar onde a fosforilação pode estar regulando o exossomo, e que agora precisa ser testado individualmente.
Os padrões de fosforilação foram diferentes nas proteínas associadas à Rrp6 e à Rrp46. Para os pesquisadores, isso é compatível com a ideia de que o exossomo pode formar diferentes conjuntos de proteínas e, assim, atuar de maneiras distintas conforme a tarefa que desempenha. A fosforilação seria uma das formas de regular essas interações. Porém, para descobrir o papel de cada fosforilação, são necessários experimentos específicos.
Degradação de RNAs
Uma dessas investigações foi feita com a Ski7, proteína que recruta o exossomo para degradar RNAs no citoplasma. Trabalhos anteriores do grupo mostraram que produzir Ski7 em excesso prende o exossomo no citoplasma e o impede de chegar ao núcleo, onde exerce sua função essencial no processamento do RNA ribossomal. O resultado é um crescimento deficiente das células.
Os pesquisadores identificaram dois pontos de fosforilação na Ski7 e testaram um deles, o S90. Quando impediram que essa fosforilação ocorresse, a proteína deixou de prejudicar o crescimento das células, mesmo produzida em excesso. O resultado indica que a fosforilação do S90 participa da regulação da função da Ski7.
“A Ski7 faz parte de um complexo de proteínas chamado SKI. Em humanos, já foram identificadas mutações nos genes de outras proteínas desse complexo que causam uma doença [síndrome trico-hepato-entérica, doença genética rara que afeta principalmente o cabelo, o fígado e o intestino]. Por isso é interessante usar a levedura: conseguimos obter informações que ajudam a entender o que acontece em humanos”, explica Oliveira.
O próximo passo é repetir com outras proteínas o que foi feito com a Ski7: impedir que cada fosforilação ocorra e observar se a proteína continua funcionando e interagindo normalmente. É assim que os pesquisadores esperam descobrir quais dessas modificações realmente alteram o funcionamento do exossomo.
O artigo Phosphorylation Patterns of Preribosomal Proteins Associated with the RNA Exosome está disponível on-line.
Matéria: Thabata Oliveira | Jornal da USP.
