Origem do alfabeto genético

A biossíntese protéica consiste de um conjunto de processos (transcrição e tradução) interdependentes e que resultam na formação das proteínas, macromoléculas indispensáveis para a manutenção da vida de qualquer organismo.  Essas moléculas são formadas a partir da expressão dos genes e com a contribuição de diferentes tipos de RNA (RNAm, RNAt e RNAr), para que haja o encadeamento dos aminoácidos, subunidades formadoras das proteínas.

Na natureza são encontrados 20 aminoácidos, porém o número e a sequência dessas subunidades, que irão compor a molécula de proteína, depende da informação genética proveniente do DNA. O código que traduz a colocação de determinado aminoácido numa certa sequência peptídica foi profundamente estudado pelos cientistas, para que se pudesse conhecer como se dá o processo.

Nessa linha de estudo, pesquisadores do Centro de Biologia Estrutural, do RIKEN Systems e da Universidade de Tókio, conseguiram esclarecer qual a base estrutural para a biosíntese da selenocisteína (Sec). Esse aminoácido tem como diferencial, em relação aos outros 20 já conhecidos, o mecanismo de codificação. As informações obtidas nesse estudo estão no artigo publicado na edição do dia 13 de agosto da revista Molecular Cell.   

Com uma estrutura que se assemelha ao do aminoácido serina (Ser), mas com um átomo de oxigênio substituído pelo selênio (Se), o Sec é sintetizado a partir de vias complexas de mecanismos celulares translacionais cujo funcionamento ainda é pouco compreendido. Considerado pelos pesquisadores como o vigésimo segundo aminoácido, ele é representado no RNAm pelo códon (UGA) - conjunto de três bases nitrogenadas – o qual é correspondente a um trio de bases (anticódon) de um RNAtSec, específico para a selenocisteína. O papel do RNAt na síntese protéica é carregar os aminoácidos até o RNAm e colocá-los na sequência referente à informação genética.

A entrada da Sec durante a biosíntese protéica ocorre por causa da estrutura diferenciada do RNAt Sec-específico, que permite roubar o códon de parada (UGA), possibilitando a incorporação do aminoácido. A identificação, em estudos anteriores, das características do RNAtSec que o diferenciam de outros RNAt, especialmente um domínio chamado de D-braço, mostrou que esse tipo diferenciado de RNAt parece agir como um marcador de identificação para reconhecimento, por parte dos mecanismos de síntese da selenocisteína. O papel do D-braço na interação de RNAtSec com a O-Fosfoseril-RNAt quinase (PSTK), uma proteína cuja fosforilação seletiva é essencial para a codificação de selenocisteína, foi analisada pelos pesquisadores nesse estudo.  

Analisando espécies do reino arquea, os cientistas descobriram que o RNAtSec está ligado à enzima serina-RNAt sintetase (SerRS), a qual sofrerá uma fosforilação pela enzima O-Fosfoserina-RNAt quinase (PSTK), seguido da substituição do grupo fosfato selenol por outra enzima chamada Sep-RNAt:Sec-RNAt sintase.

O objetivo desse estudo foi determinar a estrutura em cristal do complexo RNAtSec-PSTK. A PSTK consiste em dois domínios independentes que interligam os domínios N-terminal catalítico (NTD) e o C-terminal (CTD). Além disso, essa enzima fosforila de forma seletiva a seril-RNAtSec, enquanto a SerRS insere um grupo seril nos complexos RNAtSer e  RNAtSec.   

Por meio da técnica de cristalografia de raios-X, os cientistas mostraram, pela primeira vez, que a RNAtSec D-braço é a única estrutura que permite que a PSTK distingua o RNAtSec de outros RNAt. Essa descoberta foi muito importante para o esclarecimento do processo de biosíntese do Sec, o que vai colaborar também para aumentar a compreensão da síntese de proteínas e dar bases técnicas para o avanço no design de novas moléculas.

21/08/2010
Arlei Maturano - Equipe Biotec AHG