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Aleatoriedade na expressão genética a conduzir às diferenças nos povos que são genetically idênticos

As experiências por pesquisadores (HHMI) do Howard Hughes Medical Institute revelaram-na puderam ser possíveis para a aleatoriedade na expressão genética para conduzir às diferenças nas pilhas - ou os povos, para essa matéria - que são genetically idênticos.

Os pesquisadores, o investigador Erin K.O'Shea de HHMI e o colega Jonathan M. Raser, ambos na Universidade da California, San Francisco, publicaram seu resultados 27 de maio de 2004, na ciência expressa, a edição em linha da ciência do jornal.

De acordo com O'Shea, a noção original que o ruído aleatório na expressão genética - os processos por que as proteínas são sintetizadas da informação conteve no ADN - elevarou de um paradoxo. “Quando os processos tais como a expressão genética envolvida na revelação dos organismos continuarem em uma forma muito em ordem, paradoxal, dependem das reacções químicas que são inerente probabilísticas, como o lançamento de uma moeda,” disse O'Shea. “E desde que estes processos envolvem um pequeno número de moléculas, devem significativamente ser afectadas por acaso, apenas como o lançamento de uma moeda que algumas vezes serão afectadas mais pesadamente do que lançando a muitas vezes.”

Umas experiências mais adiantadas por Michael Elowitz, que está agora no Instituto de Tecnologia de Califórnia, e por seus colegas na universidade de Rockefeller demonstraram que este tipo de ruído aleatório existiu na bactéria comum Escherichia Coli. Em umas experiências mais atrasadas, Raser e O'Shea expor para explorar o ruído aleatório subjacente do mecanismo na expressão genética em um organismo mais alto - escolher o animal o mais primitivo, fermento.

Raser e O'Shea usaram uma técnica do indicador desenvolvida por Elowitz para detectar o ruído na expressão genética. Projectaram pilhas de fermento para produzir proteínas fluorescentes azuis e amarelas do indicador sob o controle do mesmo “promotor” - o segmento do gene que regula sua expressão. Neste esquema, se não havia nenhum ruído, cada pilha apareceria a mesma mistura de cor azul e amarela sob o microscópio.

Contudo, se algum ruído entrou silenciosamente, produziria uma variação nas cores entre as pilhas. Esta variação da cor poderia então ser medida para determinar a quantidade de ruído que estou presente. Este método eliminou toda a influência de factores ambientais externos ou as variáveis tais como diferenças na pilha dactilografam, desde que os dois genes operavam o interior a mesma pilha.

Após ter usado esta técnica para estudar a função de vários promotores, os cientistas concluíram que o ruído, certamente, afectou a expressão genética nas pilhas de fermento. Igualmente encontraram que os promotores diferentes produziram quantidades diferentes de ruído.

Baseado em seus estudos, Raser e O'Shea acreditam que identificou a fonte de uma parcela principal do ruído que aleatório observou. “Nossas experiências sugerem que para os promotores que nós estudamos, uma fonte principal de ruído é o acto de preparar o ADN do promotor, a região reguladora, para ser competente para a transcrição,” disse O'Shea. Esta preparação, disse, envolve “remodelar” a estrutura protectora, chamada o nucleosome, que envolve a região reguladora do gene de modo que a maquinaria da transcrição possa o alcançar. “E a etapa que está gerando o ruído é este acto de remover os nucleosomes, a fim permitir o acesso da maquinaria da transcrição e das proteínas reguladoras,” disse.

Remodelar é particularmente lenta, O'Shea disse, e assunto à variação probabilística significativa. Esta variação teria provavelmente uma influência na quantidade de mRNA produzida para cada gene marcador-etiquetado e assim o nível de uma proteína dada na pilha - afetar sua cor.

De acordo com O'Shea, a aleatoriedade no gene expresso podia ter as implicações evolucionárias e biológicas importantes, vantajosas para pilhas e deletérias. Por exemplo, as mutações nos genes podiam mudar seu independente do efeito da mutação próprio do “ruído”. O ruído em genes essenciais podia ser deletério para uma pilha. Contudo, o ruído poderia igualmente produzir a diversidade nas populações das pilhas com a mesma composição genética, e esta diversidade poderia fazê-las mais adaptávelas às mudanças.

Um outro efeito da aleatoriedade na expressão genética pôde ser observado, por exemplo, nas pilhas com duas cópias ligeira diferentes do mesmo gene, onde um pôde ser mais ruidoso do que o outro. Tal ruído pôde igualmente produzir a variabilidade entre as pilhas que puderam oferecer vantagens evolucionárias.

O ruído nos genes pôde igualmente ser um disparador para a formação de tumores, disse O'Shea. Nos casos onde as pilhas perdem uma cópia de um gene com a mutação, a redução no número do gene aumenta o ruído na expressão genética. Este aumento no ruído fá-lo mais provavelmente que o gene restante pôde alterar sua actividade para provocar proliferação descontrolada.

O ruído podia ser necessário para a revelação normal de alguns sistemas biológicos, disse O'Shea. Por exemplo, quando os neurônios olfactivos no embrião se tornando “estão decidindo” que de uma multidão de receptors que possíveis do odorante produzirão - uma escolha que seja final - o ruído aleatório na expressão genética pôde ser necessário para permitir esta decisão, disse.

O'Shea disse que seu grupo planeia continuar esta linha de pesquisa e de esperanças identificar em que casos tal aleatoriedade é benéfica a um organismo. Então, alterarão o nível de ruído e determinarão como afecta a aptidão do organismo. Igualmente querem seguir ao longo do tempo a produção do ruído em uma única pilha - um pouco do que nas populações das pilhas - para explorar com maiores detalhes como o ruído é produzido.