Como uma quebra nas moléculas faz polvos produzirem proteínas com menos defeitos, segundo novo estudo

Quase tudo que rola dentro de qualquer organismo é fruto do trabalho de algum tipo de proteína. As enzimas que aceleram os processos químicos essenciais para a manutenção da vida, os anticorpos que protegem o corpo contra organismos invasores, os hormônios que trocam mensagens entre as células de um órgão e outro, o colágeno e o elastano que dão estrutura e elasticidade aos tecidos do corpo: todos são, invariavelmente, proteínas.

Essas moléculas complexas são sintetizadas dentro das células, por pequenas fábricas de proteínas chamadas ribossomos. A todo o momento, os ribossomos trabalham tecendo as cadeias de aminoácidos – fios que, quando dobrados, tornam-se proteínas ativas. Vez ou outra, acontece, sai um lote defeituoso, e várias proteínas mal-dobradas acabam se emaranhando num grande nó tóxico.

Isso pode acontecer nas células de qualquer organismo. Mas no caso dos polvos, o controle de qualidade parece ser mais rígido.

De acordo com um novo estudo, certas linhagens de polvo possuem uma mutação genética inédita entre os animais, que permite uma síntese de proteínas significativamente mais precisa, com bem menos defeitos. Essa adaptação teria surgido há quase 100 milhões de anos, no mesmo período em que os polvos desenvolveram um novo sistema nervoso, mais complexo, capaz de comportamentos mais sofisticados.

A pesquisa foi conduzida por pesquisadores da Universidade Harvard e está disponível na plataforma bioRxiv desde o final de junho, em formato preprint (isto é, que ainda não foi revisado por pares). O artigo revisado será publicado no periódico Current Biology.

A mutação foi identificada em moléculas de RNA, que atuam na síntese das proteínas. Mais especificamente, trata-se de uma lacuna no RNA ribossômico, que estrutura a montagem das proteínas no ribossomo.

Em todos os organismos, o processo básico de fabricação de proteínas é o mesmo. Começa com o DNA, que guarda instruções de como produzir proteínas. Essas instruções são copiadas por moléculas de RNA mensageiro (mRNA), e levadas até os ribossomos, que vão sintetizar as proteínas com base nesse manual. Nisso, as moléculas de RNA ribossômico (rRNA) atuam conectando os aminoácidos que formarão a nova proteína.

Algumas das seções do rRNA são idênticas em absolutamente todas as espécies de que se tem registro. Exceto, claro, em certos tipos de polvo.

A descoberta aconteceu por acaso, durante um experimento de rotina com moléculas de RNA (que são como intermediárias entre o DNA e as proteínas). Analisando o RNA da espécie de água rasa Octopus bimaculoides, um aluno da bióloga Amy Si-Ying Lee, pesquisadora que coordenou o estudo, notou uma quebra no RNA ribossômico. Em qualquer outro organismo, essa molécula pareceria uma única faixa emaranhada, mas, nesse caso, a faixa estava dividida em dois.

Os ribossomos são compostos, eles mesmos, por proteínas e RNA, então as instruções para essa alteração também estariam presentes em algum trecho do DNA. A equipe de pesquisadores, assim, identificou a mutação nos genes que causava a divisão do rRNA. O rompimento ocorria no núcleo central do ribossomo, especificamente no ponto em que a molécula combina cada aminoácido a sua respectiva instrução. Ainda assim, o ribossomo continua funcionando.

Faltava descobrir qual era a função dessa quebra. Para isso, eles implantaram a mesma mutação genética em bactérias Escherichia coli – que tiveram uma melhora dramática de precisão. A taxa de erro dos ribossomos das bactérias caiu pela metade. E a diferença estava justamente no controle de qualidade: os ribossomos dos polvos eram muito mais seletivos quanto a quais proteínas eram ou não descartadas, e tinham uma tolerância muito menor em relação àquelas que, em algum ponto da síntese, incorporaram um ou outro aminoácido errado na cadeia.

A mutação, conforme foi observado, também facilitava o processamento correto de sequências de RNA mensageiro que foram editadas. Aqui, vale uma explicação: por vezes, ao invés da célula seguir fielmente as instruções de síntese de proteínas inscritas no DNA, ela faz algumas emendas. Isto é, ela edita a mensagem mandada pelo RNA mensageiro, e o ribossomo, do outro lado da linha, recebe instruções para construir uma sequência de aminoácidos alterada. Isso resulta em proteínas com funções diferentes.

Cefalópodes, como os polvos, editam o próprio RNA mais do que qualquer outra criatura no planeta. Isso permite, por exemplo, que eles se adaptem a diferentes temperaturas no fundo do mar, sem necessariamente mudar o conteúdo do próprio DNA. Mas, em contrapartida, a edição do RNA também aumenta os riscos de uma proteína sair com defeito. A quebra do rRNA, portanto, ajuda também a contornar esse problema.

Analisando outras espécies, os pesquisadores identificaram a mesma particularidade em outros 15 tipos de polvo que vivem em águas rasas. Já no caso dos polvos de águas profundas, a mutação não foi encontrada em nenhuma das 12 espécies analisadas.

A diferença dá a entender que a quebra do rRNA teria vindo junto de uma quebra evolutiva, há mais de 100 milhões de anos, quando os polvos se dividiram em duas subordens: os Incirrata, uma linhagem de águas rasas que desenvolveu um sistema nervoso mais complexo para sobreviver em um ambiente com bem mais predadores; e os Cirrata, de águas profundas, que conseguiram se virar com sistemas nervosos mais simples.

Sendo exclusividade dos Incirrata, essa alteração no ribossomo, como sugerem os pesquisadores, poderia ter sido vantajosa para espécies com o cérebro em expansão, evitando agregações proteicas tóxicas que prejudicariam os neurônios. Mas, ainda que essas características tenham evoluído no mesmo período, ainda não é possível dizer se uma coisa levou a outra, isto é, se o desenvolvimento do cérebro foi o fator que ocasionou a recém-descoberta mutação genética.