Um gene humano colocado em moscas de fruta revela detalhes sobre um distúrbio do desenvolvimento humano

Igor Chesnokov, Ph.D., e seus colegas da Universidade do Alabama em Birmingham estudam esse distúrbio autossômico recessivo de uma forma incomum, colocando genes humanos mutantes em moscas de fruta. Especificamente, eles olham para um dos genes envolvidos no MGS, chamado Orc6.

Em um estudo publicado em Genética, apresentado como um artigo destacado, usou este modelo animal para testar a função de uma mutação Orc6 humana, uma substituição da lisina 23 por ácido glutâmico (K23E), que foi relatada pela primeira vez em 2017. Em pessoas com MGS, a mutação K23E causa um distúrbio de desenvolvimento observável semelhante a uma mutação Orc6 que a equipe de Chesnokov estudou anteriormente, a substituição de tirosina 225 por serina (Y225S).

É interessante contrastar essas duas mutações, porque a posição 23 está perto da frente, ou o domínio N-terminal, da longa cadeia de aminoácidos conectados que se dobra para formar a proteína Orc6. A posição 225 está perto do fim, ou domínio C-terminal, da cadeia da proteína Orc6.

Orc6 faz parte do Complexo de Reconhecimento de Origem ou ORC. Este complexo de proteínas é vital para iniciar a replicação do DNA em uma célula, seja ela de levedura, mosca da fruta, humana ou qualquer outro organismo eucariótico. Sem a divisão do DNA, uma célula não pode se dividir e um organismo não pode crescer. Uma divisão ruim vai atrapalhar o crescimento, como visto na MGS.

Em pesquisas anteriores sobre a mutação Y225S, publicada no American Journal of Medical Genetics, os pesquisadores da UAB descobriram que o domínio C-terminal do Orc6 é importante para as interações proteína-proteína para ajudar a construir o complexo ORC. No estudo atual, Chesnokov e colegas descobriram que a mutação K23E no domínio N-terminal de Orc6 altera a capacidade da proteína de se ligar ao DNA. Esta ligação específica é uma etapa vital na função ORC.

Assim, embora as duas mutações tenham diferentes mecanismos moleculares subjacentes, ambas causam má formação de complexo de pré-replicação e replicação reduzida de DNA, e produzem um fenótipo semelhante em pacientes com MGS.

Um dos segredos dessa pesquisa foi a criação de genes Orc6 quiméricos que fazem parte do gene humano e do gene da mosca da fruta. Veja por que foi necessário. Colocar um gene Orc6 humano em moscas-das-frutas não impede o efeito letal de uma deleção do Orc6 nas moscas-das-frutas; em outras palavras, o Orc6 humano intacto não pode substituir a função da mosca da fruta Orc6, devido à diferença nas interações do Orc6 com o ORC central nos dois organismos.

No entanto, quando os pesquisadores UAB criaram um híbrido Orc6 que era humano no domínio N-terminal e mosca-da-fruta no domínio C-terminal, o híbrido foi capaz de resgatar completamente as moscas-das-frutas e elas se tornaram adultos indistinguíveis de frutas. voa com o Orc6 do tipo selvagem. Este híbrido Orc6 poderia ser usado para testar a mutação K23E em moscas-das-frutas e estudar seu mecanismo molecular.

“Esta abordagem híbrida”, disse Chesnokov, “permite o estudo das funções da proteína humana em um sistema animal e revelou a importância dos domínios evolutivos conservados e variáveis ​​da proteína Orc6. Acreditamos que essa abordagem híbrida não apenas abre uma ampla avenida para estudar novas mutações Orc6 para fins médicos e científicos gerais, mas também pode ser útil em outros modelos humanizados. “

Em resumo, diz Chesnokov, professor do Departamento de Bioquímica e Genética Molecular da UAB, este modelo de mosca humanizada tem a vantagem única de ser capaz de testar diferencialmente proteínas Orc6 humanas e quiméricas para revelar características conservadas e divergentes da proteína. e sua função nas células de organismos metazoários.