Censores do Genoma

Prévia do material em texto

f
i
do
Adescobertadeet:uea
maiorparledascélUlas
animaisevegetais
, .
contemumsistema
internoparasilenciar
ganesindividuais
triturandoo RNAque
81asproduzem
surpreendeubiólogos.
Empresasde
biotecnologiajá
planejamexploraro.
mecanismo
50 SCIENTlFICAMERICANBRASIL
lIJi
SETEMBRO2003
cc . .~= ..~ m~ .~ ~ ~ - ~- - ..
enomaPorNelsonC.LaueDavid~Bartel
'"z
Z
~
OJ
..Z'"
[!]bservadasobrealâminade
ummicroscópio,umacélulavivapareceserena.Massob
afachadatranqüila,háumagitadotagarelarbioquímico.
o genomadoDNA decadacélulaanimalouve- quandogenesviraisasinvadem.Essareaçãopodeinibir
getalcontémmilharesdegenes.Deixadosporsua quasetodaexpressãogenética.Nosúltimosanos,cientis-
própriaconta,osmecanismosdetranscriçãocelular tasdescobriramumaparatomuitomaishábil,precisoe-
expressariamcadagenedogenomaaomesmot'em- parafinsdepesquisaemedicina- muitomaisseguro,
po: desenrolandoo DNA daduplahélice,transcre- embutidoempraticamentetodasascélulasanimaiseve-
vendocadageneemmensageiroRNA defilamento getais.DenominadoRNA deinterferência,ouRNAi,esse
simplese,finalmente,traduzindoasmensagensRNA sistemaatuacomoumcensor.Quandoumgeneameaça-
parasuasformasprotéicas.Nenhumacélulapoderia doréexpresso,omecanismoRNAi ointercepta.
funcionaremmeioaessacacofonia.Porissoelasamor- Osbiólogosestãofascinadoscomomodusoperandi
daçamamaiorpartedosgenes,permitindoquedeter- dessecensorcelulareosestímulosqueo impelema
minadoconjuntosejaouvido.Na maioriadasvezes, entraremação.Emprincípio,oscientistaspoderãoin-
umcódigoDNA genéticoétranscritoemmensageiro ventarformasdedirecionaroRNA deinterferênciapara
RNA somenteseumdadogrupoprotéicoforacolhido reprimirgenesenvolvidosnocâncer,infecçõesviraise
emumaregiãor~guladoranogene. outrasdoenças.
Mas algunsgenessãotãoirreverentesquenunca Pesquisadorestrabalhandocomplantas,vermes,
deveriamterliberdadedeexpressão.Seos genesde moscaseoutrosorganismosexperimentaisaprenderam
elementosgenéticosmóveispudessemdifundircomsu- comolevaro RNAi a reprimirpraticamentequalquer
cessosuasmensagensdeRNA, seriamcapazesdepu- gene.Comoferramentadepesquisa,oRNAi temobti-
lardeumlugaraooutronoDNA, causandocâncerou doumsucessoimenso.
outrasdoenças.Damesmaforma,seosvírustivessem Enquantoamaiorpartedosgruposdepesquisaestá
permissãoparaexpressarsuasmensagenslivremente, utilizandooRNA deinterferênciacomoummeiopara
tomariamoslocaisdeproduçãodeproteínasdascélu- umfim,outrosinvestigamcomo,exatamente,o fenô-
Ias,obrigando-osaproduzirproteínasvirais. menosemanifesta.Algunslaboratórios(incluindoo
Ascélulasdispõemderecursosparacontra-atacar.Há nosso)estãodesvendandoasfunçõesparaomecanismo
tempososbiólogosidentificaramumsistema,aresposta doRNAi nocrescimentoedesenvolvimentonormaisde
interferon,peloqualascélulashumanassemobilizam plantas,fungoseanimais- eentreeles,oshumanos.
WWW.SCIAM.COM.BR SCIENTIFICAMERICANBRASIL 51
..
,<:
l;Z:
!~
'<;
':5
i~
li>
i§
,;z:
I:::
I
<
c'"<:
i3
ã:
PETÚNIAS PÚRPURAS deram as primeiras pistas sobre a existência dos censores de genes em plantas. Ouando genes de pigmentos extras foram inseridos em
plantas normais (esquerda), as flores que resultaram tinham, estranhamente, áreas com ausência de cor (centro e direita)
UmSilêncioEstranho
As PRIMEIRASALUSÕESAO FENÔMENORNAi apareceramhá13
anos.RichardA. Jorgensen,atualmentenaUniversityofArizona
e, independentemente,Joseph MoI, da FreeUniversity of
Amsterdam,inseriramempetúniasdefloraçãopúrpuracópias
adicionaisdeseugenedepigmentonatural.Esperavamqueas
plantasmodificadasporengenhariagenéticaproduzissemflores
emumvioletaaindamaisvibrante.Em vezdisso,obtiveramflo-
resmuitomenosvioláceas,comfaixasbrancas.
JorgenseneMoI concluíramqueascópiasextrasacionavam,
dealgumaforma,acensuraemtodososgenesdopigmentopúr-
pura- incluindoaquelesnaturaisàspetúnias- resultandoem
floresmulticoloridasoumesmocomaparênciaalbina.Essacen-
suradualdeumgeneinseridoemseuanálogonaturalchamada
co-supressãofoi, maistarde,observadaemfungos,moscasde
frutaseoutrosorganismos.
Pistasdomistériodecomoosgenesestavamsendosilencia-
dosseevidenciaramem1997,atravésdolaboratóriodeWilliam
G. Dougherty,na OregonStateUniversity.Os pesquisadores
iniciaramoestudocomplantasdetabacoquecontinhamdentro
do seuDNA váriascópiasdo genede capaprotéica(CP) do
tobaccoetchvírus(TEV).Quandoessasplantaseramexpostasao
vírus,algumasmostravam-seimunesà infecção.Doughertysu-
geriuqueessaimunidadesurgiapelaco-supressão.As plantas,
A
.Oscientistashá muitosabemcomo introduzir genes alterados em
organismos experimentais. Mas só nos Últimos anos descobriram
uma forma convenientee eficaz de desativar um gene específico no
interiorde uma célula.
. Ouasetodas as células animais evegetais apresentamum mecanis-
mo interno que utiliza formas distintas do RNA, a molécula mensa-
geiragenética,para naturalmente~ilenciardeterminadosgenes.
. Esse mecanismo se desenvolveutanto para protegeras células de
genes hostis como para regulara atividadedegenes normais duran-
te o crescimento e o desenvolvimento.Novos medicamentospode-
rãoser desenvolvidospara exploraro mecanismo do RNAde interfe-
rência na prevenção e no tratamento de doenças.
52 SCIENTIFICAMERICANBRASIL
aparentemente,reagiamàexpressãoinicialdosgenesCP intro-
duzidossuprimindoessaexpressãoe, subseqüentemente,blo-
queandoaexpressãodogeneCP dovírusinvasor(quenecessi-
tavadacapaprotéicaparaprovocarumainfecção).O laboratório
empenhou-seemmostrarquea imunidadenãodemandavaa
síntesedacapaprotéicapelasplantas;algumacoisadoRNA trans-
critodogeneCP respondiapelaresistênciaàinfecção.
O grupotambémmostrouqueasplantaspoderiamsuprimir
genesespecíficosnosvíruse queosvíruspoderiamacionaro
silenciamentode genesselecionados.Algumasdasplantasde
DoughertynãosuprimiramosseusgenesCP sozinhasetoma-
ram-seinfectadaspelosvírus,quesereproduziramnascélulas
dasplantas.Posteriormente,quandoospesquisadoresanalisa-
ram o RNA sendoproduzido pelos genesCP dasplantas
infectadas,viramqueessasmensagenstinhamquasedesapareci-
do.A infecçãohavialevadoàdesativaçãodosgenesCP.
Nessemeiotempo,biólogosrealizandoexperiênciascomo
nematóideCaenorhabdítiselegansestavamenredadoscomsuas
tentativasdeusaro RNA antisenseparadesativarosgenessob
estudo.O RNA antisenseédesignadoparaformarumparcom
umaseqüênciadeRNA mensageiroespecíficadamesmaforma
quedoisfilamentosdeDNA complementaresseentrelaçampara
formarumaduplahélice.Cadafilamento,noDNA ouRNA, é
umacadeiadenucleotídeos,blocosdeconstruçãogenéticare-
presentadaspelasletrasA, C, G eU (noRNA) ouT (noDNA).
Os nucleotídeosC seligamsempreaosGs, eos As semprefor-
mamparcomosUs ouTs.O filamentosolitáriodo RNA anti-
senseseligaaoRNA mensageirodefilamentoúnicocompatível
paraformarumaestruturadeduplofilamentoquenãopodeser
traduzidaemumaproteínafuncional.
Ao longodosanos,asexperiênciasantisenseemdiversosor-
ganismosobtiveramapenassucessopontual.Aparentemente,a
injeçãodeRNAs antisenseemvermesparecefuncionar.Paraes-
pantodetodos,noentanto,oRNA "sense"tambémbloqueoua
expressãodeumgene.ORNA "sense"apresentaamesmase-
qüênciadoRNA mensageiroalvoeé,portanto,incapazde"tran-
car"oRNA mensageironahélicedupla.
O palcoestavaagoramontadoparao experimentoEureka,
SETEMBRO2003
------- - - - - -----~------------------------------
realizadohácincoanos,noslaboratóriosdeAndrewZ. Fire,da
CarnegieInstitutionofWashingtone CraigC. Melloda
UniversityofMassachusettsMedicalSchool.FireeMello esti-
maramqueospreparadosanterioresparaosRNAs antisensee
sensequeelesestavaminjetandoemvermesnãoeramtotalmente
puros,e continhamprovavelmentetraçosde RNA de duplo
filamento,fazendocomqueesseRNA alertasseoscensores.
Para testarsua idéia, Fire, Mello e colegasinocularam
nematóidescom RNAs tantode filamentoúnico cornode
filamentoduplo,quecorrespondiamaogeneunc-22,importante
paraafunçãomuscular.Quantidadesrelativamentegrandesde
RNA unc-22defilamentoúnico,tantosensecornoantisense,causavampoucoefeitonosnematóides.Poucasmoléculaspor
céluladoRNA unc-22deduplofilamento,porém,provocavam
contraturasincontroláveisnosvermes- eatéemseusfilhotes-
semdúvidaumsinaldequealgumacoisaestavainterferindona
expressãodo geneunc-22.Fire e Mello observaramo mesmo
incrívelepotenteefeitoindutordesilêncioemcadagenequeeles
colocaramcornoalvo- degenesmuscularesagenesparaaferti-
lidade.Elesdenominaramo fenômenode"RNA deinterferên-
cia"paratransmitira idéiado papelchavedo RNA deduplo
filamentonadeflagraçãodacensuraaogenecorrespondente.
NEMATÓIDESBRILHANTESprovaramqueoRNAdeinterferênciafuncionaem
animaisassimcomoemplantas.Quandoosvermescujascélulasexpressam
umgeneparaproteínafluorescente(esquerda)foramtratadoscomRNAde
duplofilamentocorrespondenteaogene,obrilhofoiextinto(direita)
portantederegulaçãodeexpressãogenéticaterpassadodesper-
cebidoportantotempo.
O RNA de interferênciafoi logo observadoem algas,
platelmintos(vermesdecorpoachatado),moscasdefrutaseem
numerososramosdaárvoreevolucionária.Mas, demonstraro
RNAi emcélulasdemamíferosémaiscomplexo.
Quandournacélulahumanaéinfectadaporvírusqueprodu-
zemlongosRNAs de duplofilamento,podeimobilizar-seno
modo"trancado":urnaenzimaconhecidacornoPKR bloqueiaa
traduçãodetodososRNAs mensageiros,tantonormaisquanto
viraise a enzimaRNAse L, indiscriminadamente,destróios
RNAs mensageiros.EssasrespostasaoRNA deduplofilamento
Surpreendentemente,POUCAS MOLÉCULAS doRNA de
duplofilamentoprovocavamCONTRATURAS
DESCONTROLADAS emvermeseemseusfilhotes
"
~
fd
..J
c>
ui
~
õ!;
Examinandoplantasefungos,pesquisadorestambémesta-
vamseaproximandodo RNA de duplo filamentocornoum
disparadorparaosilenciamento.Elesmostraramquefilamentos
doRNA capazesdesedobrarsobresimesmosparaformarlon-
gasfaixasdeRNA deduplofilamentoerampotentesindutores
desilenciamento.E outrasanálisesrevelaramqueumgeneque
capacitaascélulasa converterRNA defilamentossimplesem
RNA defilamentoduploeranecessárioparaaco-supressão.Es-
sasdescobertassugeriramqueaspetúniasdeJorgensene MoI
reconheceramosgenesdópigmentoextracornoincomuns(atra-
vésdeummecanismoaindamisterioso)econverteramseusRNAs
emRNAs deduplofilamento,que,posteriormente,desencadea-
ramo silênciotantodosgenesnaturaiscornodosextras.O con-
ceitodeumRNA deduplofilamentotambémexplicaporqueas
infecçõesviraissilenciaramosgenesCP nasplantasdeDougherty.
O tobaccoetchvíruscriouRNAs deduplofilamentoemtodoseu
genomaviralaosereproduzir,cornoacontececommuitosvírus.
As célulasdaplantaresponderameliminandoasmensagensdo
RNA detodososgenesassociadosaovírus,incluindoosgenes
CP incorporadosaoDNA daplanta.
Biólogosficaramsurpresospelofatodeumsistematãoim-
..J<
~
w
'"
5
::E
::E
;::
,;;
:iz<'"
...c
~
ü;
ffi>
~'"z
~
::E
;::
:i
:J
wc
<
~
{3'"
ffi
!;i!
~
WWW.SCIAM.COM.BR
sãoconsideradascomponentesdarespostainterferon,porquesão
deflagradasmaisrapidamentedepoisdeascélulasteremsidoex-
postasaosinterferons,moléculasqueascélulasinfectadasprodu-
zemparaindicarperigoàscélulasvizinhas.Foi necessáriaurna
maiorcompreensão-decornoo RNA deinterferênciafunciona
antesquepudesseserutilizadoseminstigarosalarmesinterferon.
Além daspesquisaspioneirasjá mencionadas,ThomasTuschl
daRockefellerUniversity,Phillip D. Zamoreda Universityof
MassachusettsMedicalSchool,GregoryHannondoColdSpring
HarborLaboratoryemuitosoutroscolaboraramparaanossacom-
preensãoatualdomecanismoRNA deinterferência.
O RNAi parecefuncionarassim:dentrodeurnacélula,oRNA
deduplofilamentoencontraurnaenzimaconhecidacomoDicer.
NELSONC.LAUeDAVIDP.BARTELestudammicroRNAseoutrosRNAspe-
quenosenaturaisqueregulamocomportamentogenético.Lauestáter.
minandoodoutoradonoWhiteheadInstituteenoMassachusettsInstitute
of Technology.Bartel montouseu grupo de pesquisa no Whitehead
Instituteem1994,apósterminarseuPhDnaHarvardUniversity.Bartel
tambéméprofessornoM.I.T.eco.fundadordoAlnylamPharmaceuticals,
quedesenvolvemedicamentosbaseadosno RNAi.LaueBartelrecebe-
ramemconjuntooPrêmio2002MAS NewcombCleveland.
SCIENTIFICAMERICANBRASIL 53
"'i" ""~111~ii"'" 11.
CÉLULASBRILHANTESrevelam
transcriçãobem-sucedidadeum
gene[codificandoaproteínalamin)
emsuaformaprotéica
Utilizandooprocessoquímicodehidrólise,oDicerquebraolongo
RNA empedaços,conhecidoscomoRNA curtointerferenteou
siRNAs. CadasiRNA contémcercade22nucleotídeos.
O Dicercorta,emposiçõesligeiramenteirregulares,ambos
filamentosdolongoRNA deduplofilamento,deformaquecada
siRNA resultantecontenhadoisnucleotídeosqueseprojetam
emcadaladodecadafilamento[verboxacima].OsiRNAduplo
éentãodesenroladoeumdosfilamentosétransportadoaocom-
plexodeproteínasparaformaro complexodesilenciamentoou
denão-expressãoinduzidopeloRNA (Risc,nasiglaeminglês).
Dentrodessecomplexoindutordesilenciamento,amolécula
desiRNA éposicionadadeformaqueo RNA mensageiropossa
coincidircomela.O RisciráencontrarmilharesdetiposdeRNAs
mensageirospresentesaqualquermomentoemumacélulatípi-
ca.O siRNA doRisc,porém,iráficarbemtrancadosomenteem
umRNA mensageiroquelhesejaperfeitamentecomplementar,,\
ouquase,àsuaprópriaseqüênciadenucleotídeos.Então,dife-
rentementedointerferon,ocomplexoindutordesilenciamentoé
altamenteseletivoaoescolhersuasmensagensalvo.
Quandoum RNA mensageiropareadofinalmenteancora
nosiRNA, umaenzimaconhecidacomoSlicercortaemdoiso
S4 SCIENTlFICAMERICANBRASIL
IIIII.~i~r,'
.
Dicer
Dicer,
cortao
RNA
'!!IIlf
m~~~
COMOORNAiSUPRIMEA
EXPRESSÃODEÚM GENE
Acéluladesenrolaos
filamentosdeRNA ~
filamentodoRNA mensageirocapturado.O Risc,então,libera
osdoispedaçosdoRNA mensageiro(agoraincapazdedirecionar
assíntesesprotéicas).O Riscpropriamenteditopermaneceintacto,
livreparalocalizarefragmentaroutroRNA mensageiro.Dessa
forma,o censorRNAi utilizasegmentosdo RNA de duplo
filamentocomoumalistanegraparaidentificarecalarosRNAs
mensageiroscorrespondentes.
DavidC. BaulcombeecolegasdoSainsburyLaboratory,em
Norwich, Inglaterra,foramos primeirosa detectaros siRNAs
nasplantas.O grupodeTuschlosisoloudeembriõesdemoscas
defrutase demonstrouo seupapelcomosilenciadorgenético
pelasintetizaçãodesiRNAs artificiaiseaousá-Iosparadirecio-
naradestruiçãodosRNAs mensageirosalvos.Quandoissoocor-
reu,TuchlponderouseessespedacinhosdeRNA poderiampas-
sarsoboradardascélulasdemamíferossemestimulararesposta
interferon,quenormalmenteignoraosRNAs deduplofilamento
maiscurtosque30paresdenucleotídeos.Ele e colaboradores
colocaramsiRNAs sintéticosemcélulasdemamíferosemcultu-
raeo resultadofoiexatamenteo queesperavam.Os genesalvo
foramsilenciados;arespostainterferonnuncaocorreu.
As descobertasdeTuschlimpressionaramacomunidadebio-
SETEMBRO2003
UMACÉLULAPODECENSURARaexpressãodeumdeterminadogenenointeriordeuma
célulainterferindonoRNAmensageiro(mRNA)transcritodogeneinvasor,impedindo
assimqueo RNAsejadecodificadoporribossomosemproteínasativas,comonormalmen-
teocorre(painelà esquerda).Omecanismodecensuraéacionadoporpequenasmolécu-
lasdeRNAdeduplofilamentocomextremidadesirregulares.UmaenzimachamadaDicer
quimicamentecortaessesRNAscurtosdeinterferência(siRNAs)dosRNAslongosde
duplofilamentoproduzidosporseqüênciasgenéticasquese autocopiam(a) ouvírus(b).
AsseqüênciasregulatóriasdeRNAconhecidascomoprecursoresmicroRNA(c) também
sãofragmentadaspeloDicernessaformacurta.Cientistaspodemusarmoléculasdelipídio
parainserirsiRNAsartificiaisnascélulas(d).
OsfragmentosdoRNAseparam-seemfilamentossimples(abaixo),quecombinamcom
proteínasparaformaro complexodesilenciamentoinduzidopeloRNA(Risc).ORiscentão
capturao mRNAquecomplementaaseqüênciacurtadeRNA.Seacombinaçãoforessencial-
menteperfeita,a mensagemcapturadaé picotadaemfragmentoinúteis(seqüêncianoalto);
paresmenosperfeitoscausamumarespostadiferente.Porexemplo,elespodemfazercom
queoRiscbloqueieosmovimentosdosribossomosesuspendaatranscriçãodamensagem
emsuaformaprotéica(seqüênciainferior).
,) qNAdê fila
1iDodê'um'~can(~
?m
médica.Os geneticistashámuitotinhamcondiçõesdeintroduzir
umnovogeneemmamíferosaoutilizar,porexemplo,víruspara
transportaro geneparao interiordascélulas.Mas seriamneces-
sáriosmesesdetrabalhoparaisolarumgenedeinteresseeaveri-
guarsuafunção.Agorao sonhodeinduzirfacilmenteanão-ex-
pressãoaumgeneúnicoeselecionadoemcélulasdemamíferos
foimaterializado.Com siRNAs, praticamentequalquergenede
interessepodeserdesativadoemcélulasdemamíferosemcultu-
ras- incluindoaslinha&ensdecélulashumanas- em questão
dehoras.E oefeitopersistepordias,temposuficienteparacom-
pletarumaexperiência.
O RNA deinterferênciaétãoimportantequantoútilnoes-
tudodeumaclasseinferiordeorganismos.Um prêmioespecial
paraaquelesqueestudamosvermeseplantaséquenessesorga-
nismoso efeitoRNAi é amplificadoe seespalhaparaalémdo
localondeo RNA deduplofilamentoéintroduzido.Essefenô-
menosistêmicopermitiuquebiólogosexplorassemo RNAi em
vermesaosimplesmentealimentá-Ioscombactériasgeneticamen-
temodificadas,paraproduzirRNA deduplofilamentocorres-
pondenteaogenequedeveriasersilenciado.
Agoraqueosgenomascompletos- todososgenesdoDNA
WWW.SCIAM.COM.BR
BRILHOdesapareceude
célulasquereceberamsiRNAs
artificiaiscorrespondentes
aogenelamin
- foramseqüenciadosparaumasériedeorganismos,épossível
utilizaroRNA deinterferênciaparaexplorarsistematicamenteo
quefazcadagene,simplesmentepelasuadesativação.
O RNA deinterferênciaestásendousadoporempresasfar-
macêuticas,queestãoexplorandoo efeitocomoumatalhopara
fazeratriagemdetodososgenesdeumtipoespecífico,embusca
dealvospromissoresparanovosmedicamentos.Porexemplo,o
silenciamentosistemáticodegenespeloRNAi poderiapermitir
quecientistasencontrassemumgenecríticoparao crescimento
decertascélulascancerígenas.Seriapossível,então,desenvolver
umadrogacapazdeinterferirnoprodutoprotéicodessegenee
testaro medicamentocontrao câncer.Empresasdebiotecnolo-
giatambémtêmsidocriadas,apostandoqueo silenciamentodo
genepeloRNAi poderiaserumaterapiaviávelnotratamentode
câncer,infecçõesviraisecertasdesordensgenéticasdominantes.
Muitos relatóriossugeremqueo siRNA podeserumapro-
messaparaterapias.Pelomenosseislaboratóriosimpediram;tem-
porariamente,aproliferaçãodevírusemculturasdecélulashu-
manas,entreelesosvírusHIV; pólioehepatiteC. Emcadacaso,
os cientistasexpuseramascélulasaossiRNAs, incitando-asa
suspendera produçãode proteínascruciaisà reproduçãodo
SCIENTIFICAMERICANBRASIL
~
§>
Z::>
ffi
~
~w
~~
:;:
;:'""'
~
~
I
?;w'"w
~
55
"
CAMUNDONGOficailuminadoquandorecebeDNAcontendoogeneluciferase
(esquerda).ObrilhopodeserretiradocomainjeçãodesiRNAsquepareiam
comogene(centro).Essaé umaformadeutilizarRNAiemmamíferos
patógeno.Mais recentemente,gruposlideradospor Judy
Liebermanda Harvard Medical Schoole Mark A. Kay da
StanfordUniversitySchoolofMedicinerelataramqueossiRNAs
injetadossobaltíssimapressãoemcamundongosdiminuíramas
infecçõesviraisdahepatiteecurarammuitosanimaiscomdoen-
çasnofígadoque,deoutraforma,seriamfatais.
Apesardosucessoalcançado,aindaécedoparaqueterapias
baseadasemRNAi possamserutilizadasemhospitais.O maior
desafioprovavelmenteseráaliberação.ApesardeossiRNAs in-
jetadosemplantasevermesfazeremcomqueo efeitoRNAi se
espalheportodooorganismo,issoaparentementenãoseaplicaa
humanose aoutrosmamíferos.Os siRNAs, também,sãobem
çosquantoaoRNAi têmgeradoumentusiasmonãoobservado
paraastécnicasRNA catalíticaseantisense- outrosmétodos
que,emprincípio,poderiamtratardoençasaobloquearo RNA
mensageironocivo.A grandevantagemdoRNA deinterferência
é queelesubordinao mecanismodecensuragenéticanatural,
provavelmentecommaioreficiênciadoqueaevoluçãofoicapaz
deaperfeiçoaraolongodotempo.
Acredita-seque,naverdade,o mecanismocensordegene
surgiucercadeumbilhãodeanosatrás,paraprotegeralgumor-
ganismoantigo- umancestralcomumaplantas,animaisefun-
gos- contravíruseelementosgenéticoscommobilidade.O RNAi
aindadeveprotegerorganismosmodernosporquemuitosvírus,
particularmenteaquelesde plantas,desenvolveramgenesque
confundemoscensoresRNAi.
Mas oRNA deinterferênciaparecedesempenhar,também,
outrospapéisbiológicos.Plantaseanimaismutantes,queprodu-
zemníveismuitobaixosdaenzimaDicer,sofrempelosnumero-
sosdefeitosdedesenvolvimentoenãopodemsereproduzir.Por
queumadeficiênciadeDicerprovocariaumaspectodeformado
emplantaseanimais?Umahipóteseéaseguinte:jáqueaNatu-
rezadesenvolveuessemecanismoefetivoparasilenciargenessub-
versivosemvíruseseqüênciasDNA móveis,elacomeçouato-
inaremprestadoinstrumentosdacaixadeferramentasdoRNAi
e passoua utilizá-losparaoutrasfinalidades.Cadacélulaapre-
sentao mesmoconjuntodegenes- o queasdiferenciaéquais
genessãoexpressosequaisnãoosão.
A maiorpartedasplantasedosanimaiscomeçacomouma
célulaembrionáriaúnicaquesedivideeque,posteriormente,dá
origema umamultidãodecélulasdeváriostipos.Paraqueisso
ocorra,muitosgenesexpressosnascélulasembrionáriasdevemser
I
o RNAi impediu~aomenostemporariamente~
QUE CERTOSVÍRUS - HIV, pólioehepatiteC entre
- proliferassemEM CÉLULAS HUMANAS
A.
maioressecomparadosadrogastípicasenãopodemseringeri-
dosporqueo tratodigestivoirádestruí-los,emvezdeabsorvê-
los.Os pesquisadoresestãotestandováriasformasdedisseminar
ossiRNAs eguiá-losatravésdamembranaexternadascélulas.
Outraabordagemparasolucionaroproblemadeliberaçãoéa
terapiagenética.Um novogenequeproduzumsiRNA específi-
copoderiasertransportadodentrodeumvírusbenignoqueirá,
então,conduziro genena célulaqueeleinfecta.O grupode
BeverlyDavidson,daUniversityofIowa,porexemplo,utilizou
um adenovírusmodificadoparaliberargenesqueproduzem
siRNAs nocérebroefígadodecamundongos.
Qualquertipodeterapiagenéticaemhumanosesbarraem
dificuldadestécnicasederegulamentação.Apesardisso,osavan-
56 SCIENTIFICAMERICANBRASIL
I
desativadosquandoo organismoamadurece.Outrosgenesque
estãodesativados,aocontrário,devemserativados.Quandoo
mecanismoRNAi nãoestádefendendocontraoataque,eleapa-
rentementecooperaparaa não-expressãogenéticanormaldu-
ranteastransiçõesdodesenvolvimento,necessáriasparaaforma-
çãodediferentestiposdecélulas,comoosneurônioseascélulas
musculares,ouosdiferentesórgãos,comoocérebroeo coração.
O que,então,motivao mecanismoRNAi acalargenesnor-
maisespecíficosnointeriordeumacélula?Emalgunscasos,uma
célulapodenaturalmenteproduzirRNA defilamentoduploe
longoespecificamenteparaessepropósito.Mas, freqüentemen-
te,osgatilhossão"microRNAs"- pequenosfragmentosdeRNA
queseparecemcomsiRNAs, masquediferemquantoàorigem.
I
,
I
I
I
I
I
SETEMBRO2003
SirnaTherapeutics
Boulder,Colorado
Testaclini~arnel'lteummedicamento;'@(\f::atâlí~icoPê'ã
cânceravançadodocólon;odesenyolvimentodeterapiaS
combas~RNAiaindaestánosse(js;;p~il'l')eiroseSt~gi~
AtéfibrileraconhecidacomoRibo~yme
Pharmaceuticals.Recentementeintegralizou
capitaldéUS$48 milhões
Enquantoos siRNas provêmdosmesmostiposdegenesou
regiõesgenômicasquesetornam,maistarde,silenciadas,os
microRNAs provêmde genescujaúnica missãoé produzir
essesdiminutosRNAs regulatórios.A moléculadeRNA ini-
cialmentetranscritadeumgenemicroRNA dobra-sesobresi
mesma,formandoumaestruturaqueseparececomumanti-
gogrampodecabelo.Com aajudadoDicer,aporçãodomeio
é cortadaempedaçosdo grampodo microRNA, e o pedaço
resultantesecomportad~formamuitosemelhanteaosiRNA
~ excetopelofatodequeelenãocensuraogenesemelhante
àquelequeo produziu,mas,emvezdisso,censuraalgumou-
tro genecompletamente.
ComrelaçãoaofenômenoRNAi, demodogeral,osbiólogos
necessitaramdeumcertotempoparaentendertotalmentea im-
portânciadosmicroRNAs na regulaçãoda expressãogenéti-
ca.Atérecentemente,eramconhecidossomentedoismicroRNAs,
denominadoslin-4RNA e let-7RNA, descobertospelosgrupos
deVictorAmbrosdoDartmouthMedicalSchooleGaryRuvkun
daHarvardMedicalSchool.Nosúltimosdoisanos,nóseoutros
gruposdescobrimosdúziasdegenesmicroRNAsadicionaisem
vermes,moscas,plantasehumanos.Nós estimamos,e tambémChris Burge,do M.IT., queos
humanostenhamentre200e 255genesmicroRNAs - aproxi-
madamente1% donúmerototaldegeneshumanos.Elesescapa-
ramda defecçãoporqueosprogramasdecomputadorcriados
parafazeravarreduradosdadosdaseqüênciagenômicanãoes-
tavamprogramadosparaencontraressetipoincomumdegene,
cujoprodutofinaléumRNA emvezdeumaproteína.
AlgunsmicroRNAs,particularmenteosencontradosemplan-
tas,conduzemocortedeseusalvosmRNAs. Acredita-sequeeli-
minemcertosmensageirosRNAs dascélulasduranteodesenvol-
vimentodaplanta.Ao removeressesRNAs mensageiros,oRNAi
colaboraparaamaturaçãodacélulaemumnovotipocelular.
Tão interessantequanto,osRNAs lin-4eolet-7descobertos
inicialmenteemvermesdevidoaoseupapelcrucialnoritmodo
WWW.SCIAM.COM.BR
desenvolvimento,podemtambémempregarumasegundatáti-
ca.Seo RNA mensageiroalvonãofor umparperfeitoparao
microRNA, massóumcomplementoaproximado,entãoalgum
outromecanismonão-destrutivobloqueiaatraduçãodeRNÀs
mensageirosemformasprotéicas.
Biólogosestãosendoreceptivosquantoaospapéisdospe-
quenosRNAs edomecanismoRNAi. Evidênciascadavezmaio-
resindicamqueossiRNAs nãosócapturamosRNAs mensagei-
rosparadestruiçãomastambémdirigemosilenciamentodoDNA.
Em casosextremos,eliminandoo genedogenoma.Na maioria
doscasoso DNA silenciadonãoédestruído;emvezdisso,ele
nãopodesertranscrito.
Nossacompreensãosobreo RNA de interferência,de sua
humildeorigememfloresbrancasevermesdeformados,chegou
aocentrodopalco.Quasetodasasfacetasdabiologia,biomedi-
cinaebioengenhariasãoabrangidaspeloRNAi, àmedidaquea
técnicadesilenciamentodosgenesseespalhaamaislaboratórios
eorganismosexperimentais.
Aindaassim,oRNAi colocamuitasquestõesfascinantes.Qual
éo alcancedosprocessosbiológicosinfluenciadospeloRNA de
interferência,siRNAs emicroRNAs?ComoomecanismoRNAi
operaemnívelde ligaçõesquímicas?Quaisdoençashumanas
resultamdosdefeitosnoprocessoRNAi enosmicroRNAs?Ao
submeteressasquestõesàciência,nossacompreensãodofenô-
menoirágradualmenteseconsolidar- talveznafundaçãodeum
pilartotalmentenovodamedicinagenética. 1.'!11
. PARACONHeCeRMAISu
RNAi:NatureAbhorsaDouble-Strand.GyõrgyHutvágnerePhillipO.Zamore
emCurrentOpinioninGeneticsSeOeve/opment,Vol.12,na12,págs.225-232:
abrilde2002.
GeneSilencingin MammalsbySmalllnterferingRNAs.MichaelT.McManus
e PhillipA.SharpemNatureReviewsGenetics,Vol.3,págs.737-747;
outubrode2002.
MicroRNAs:AttheRootofPlantDevelopment?BonnieBartele OavidP.Bartel
emP/antPhysi%gy, Vo1.132,págs.709-717:junhode2003.
SCIENTIFICAMERICANBRASIL 57