A reconstrução do gene C9orf72 mutado esclarece a síntese anormal de proteínas em doenças neurodegenerativas

Os factores de tradução eIF1A e eIF5B são repressores chave de um processo anormal de tradução de proteínas ligado a doenças neurodegenerativas, conforme relatado por investigadores da Science Tokyo.

Usando um sistema de tradução livre de células humanas, reconstruíram a tradução aberrante de um gene C9orf72 mutado. Este processo de tradução revelou que os fatores de iniciação (eIF1A e eIF1B) atuam em pontos de verificação distintos para suprimir a síntese de proteínas tóxicas implicadas na demência frontotemporal e na esclerose lateral amiotrófica.

A pesquisa é publicado no diário Pesquisa de ácidos nucléicos.

As doenças neurodegenerativas, como a esclerose lateral amiotrófica (ELA) e a demência frontotemporal (DFT), continuam a ser um grande desafio não resolvido na medicina moderna. Embora as suas causas possam variar e estejam longe de ser totalmente compreendidas, a repetição anormal de sequências de ADN é a principal culpada em muitos casos hereditários. Tais defeitos genéticos, observados em genes como C9orf72, podem desencadear um processo celular aberrante denominado tradução não-AUG associada à repetição (RAN), que desafia as regras padrão da síntese protéica.

Em vez de começar num códon AUG – o ponto de partida convencional – este processo é iniciado a partir de códons não-AUG, levando à produção de proteínas tóxicas que se acumulam e contribuem diretamente para o dano neuronal.

Apesar do nosso conhecimento do porquê da existência destas proteínas tóxicas, os reguladores específicos da tradução de RAN permanecem indefinidos. Os métodos de pesquisa padrão, que dependem de células vivas inteiras, são geralmente afetados por respostas celulares indiretas que obscurecem os resultados e os efeitos dos fatores de tradução. Esta limitação manteve os cientistas afastados de uma compreensão mais abrangente de como a maquinaria de produção de proteínas da célula é corrompida pela tradução RAN.

Neste contexto, uma equipa de investigação liderada pelo Professor Hideki Taguchi, do Centro de Engenharia de Regulação Celular, Instituto de Ciência de Tóquio (Science Tokyo), Japão, empregou uma abordagem ascendente para identificar estes reguladores-chave. O trabalho deles detalha como eles recriaram com sucesso o processo de tradução RAN em um gene C9orf72 mutado.

“Embora existam estudos anteriores sobre as sequências repetidas associadas a doenças neurodegenerativas, o papel da tradução não canônica, como a tradução RAN, permanece inexplorado. Portanto, planejamos compreender os potenciais reguladores da RAN usando uma abordagem de triagem de baixo para cima”, diz Taguchi, como a motivação por trás do estudo.

Os pesquisadores usaram o revolucionário sistema de tradução reconstituído baseado em fator humano (human PURE), estabelecido por cientistas da Universidade de Hyogo, no Japão. O sistema PURE humano pode reproduzir fielmente o processo de tradução RAN (C9-RAN) mediado por C9orf72 fora de uma célula usando componentes de tradução humana altamente purificados. Isso permitiu que a equipe se concentrasse apenas nos mecanismos de iniciação não-AUG, sem quaisquer efeitos colaterais celulares interferentes.

Através de triagem sistemática, os pesquisadores descobriram que dois fatores canônicos de iniciação da tradução, eIF1A e eIF5B, atuam como repressores da tradução RAN. Eles confirmaram que estes factores impõem um controlo mais rigoroso sobre o início da tradução não canónica em dois pontos de verificação distintos. Especificamente, o eIF1A suprime a tradução C9-RAN durante a fase de varredura, promovendo a seleção correta do códon de início, enquanto o eIF5B reforça o controle translacional na fase pós-varredura, durante a montagem das subunidades grandes e pequenas do ribossomo.

“O sucesso da reconstituição in vitro da síntese protéica anormal permitiu a elucidação detalhada dos mecanismos de ação do eIF1A e do eIF5B”, comenta Taguchi.

Os investigadores validaram as suas descobertas em células humanas, demonstrando que eIF1A e eIF5B reprimem a tradução de RAN através de mecanismos independentes e aditivos. Notavelmente, as suas experiências também lançaram luz sobre a interacção da doença com o stress celular. Quando as células estão sob estresse, a tradução de C9-RAN normalmente aumenta. No entanto, eles descobriram que este aumento foi completamente abolido quando o eIF1A estava ausente, destacando o seu papel crítico no chamado aumento integrado de C9-RAN mediado pela resposta ao estresse.

Ao identificar eIF1A e eIF5B como reguladores principais, este estudo lança luz sobre os intrincados mecanismos por trás da origem da ELA e da DFT.

“Esses novos insights fornecem uma base para o desenvolvimento de tecnologias para controlar a tradução de RAN, abrindo caminho para novas estratégias terapêuticas contra doenças neurodegenerativas”, conclui Taguchi, esperançoso com futuros esforços de pesquisa.