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Dos nucleotídeos aos marcadores de DNA: a biotecnologia mais próxima das pessoas

Os nucleotídeos são subunidades dos ácidos nucleicos. Ou seja, ao se encontrarem interligados em sequências polinucleotídicas, estes formam o DNA ou RNA.

A maioria das pessoas, já ouviu falar sobre os ácidos nucleicos, repositórios moleculares das informações genéticas. Eles fazem parte do cotidiano e estão por toda a parte onde há vida. Os nucleotídeos são subunidades dos ácidos nucleicos. Ou seja, ao se encontrarem interligados em sequências de muitos nucleotídeos (ditas polinucleotídicas), estes formam o DNA ou RNA.

Segundo a revista FAPESP da edição 68 de setembro de 2001, o DNA humano tem 3 bilhões de nucleotídeos, aproximadamente. Estes podem desempenhar os papéis mais variados dentro do metabolismo celular. Estas moléculas podem participar sendo desde moeda de troca nas transações metabólicas, compondo os ácidos nucleicos ou como componentes estruturais em uma série de co-fatores enzimáticos e intermediários metabólicos.

No contexto dos ácidos nucleicos, os nucleotídeos são as “peças” que compõem essas moléculas, dando-lhes identidade. Essa identidade é conferida pela base nitrogenada que constitui o nucleotídeo. A estrutura de toda proteína e, por fim, de cada biomolécula e componente celular, é um produto de uma “informação programada”, como uma “receita de bolo”, a partir de uma sequência polinucleotídica do DNA. A habilidade de armazenar e transmitir informações genéticas de uma geração para a posterior é uma condição fundamental para a vida.

Nucleosídeos ou nucleotídeos?

Conforme pode-se ver na Figura 1 a seguir, um nucleotídeo é formado por 2 subunidades: um nucleosídeo ligado a uma base nitrogenada

Figura 1

O nucleosídeo é uma estrutura química composta por uma cadeia “açúcar-fosfato”, ou seja, um grupamento fosfato conectado a uma pentose, molécula de 5 pontas do grupo químico dos açucares ou carboidratos (Figura 2).

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Figura 2

Quando se trata do ácido ribonucleico (ARN ou RNA) a pentose será uma ribose, quando se trata do ácido desoxirribonucleico (ADN ou DNA) a pentose será uma desoxirribose. Como o nome sugere, a desoxirribose se diferencia da ribose pela ausência de um átomo de oxigênio (por isso, “des.oxi.ribose”), conforme pode-se notar na figura seguinte. 

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Figura 3

Bases nitrogenadas e seus pareamentos

As bases nitrogenadas podem ser divididas segundo suas estruturas químicas, isto é, número de anéis na sua composição molecular. Nas purinas ou bases púricas, encontra-se duplo anel de átomos de carbono; enquanto em pirimidinas ou bases pirimídicas tem-se um anel simples, conforme a Figura 4 abaixo: 

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Figura 4

Quanto ao pareamento das bases nitrogenadas, na dupla fita de DNA, adenina e timina pareiam-se por meio de 2 pontes de hidrogênio (ligação dupla, A=T) e Citosina e Guanina pareiam-se via 3 pontes de hidrogênio (ligação tripla, C=G), conforme a Figura 5 abaixo. 

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Figura 5

O pareamento entre as bases nitrogenadas do RNA com o DNA durante os fenômenos da duplicação ou transcrição são similares à maneira com que a dupla fita de DNA se une, com apenas uma diferença, adenina e uracila (A=U) pareiam-se via ligação dupla. Já citosina e guanina (C=G) pareiam-se por meio de ligação tripla, como nas fitas de DNA.

Bases nitrogenadas raras

Existem também bases nitrogenadas raras no DNA, mas que ocorrem com certa frequência no RNAt, provenientes de mutações. Como, por exemplo, a inosina, a ribotimina, a pseudouridina e tantas outras que são processadas após a transcrição. Todos os RNAt possuem entre 74 e 95 nucleotídeos que podem formar pontes intramoleculares, o que resulta numa estrutura em aspecto de “trevo” – quando a molécula de RNA se dobra e se pareia consigo mesmo. Obviamente que nucleotídeos mutados, muitas vezes, não passam pelo processo celular de revisão e reparo do DNA, mas são comuns no RNA, de modo geral.

Uma dessas bases raras, a inosina (I), tem chamado a atenção da comunidade médica há anos devido a pesquisas as quais demonstram suas potentes atividades imunomoduladoras e neuroprotetoras. Atualmente, existem diversos estudos envolvendo a inosina no tratamento do mal de Parkinson, entre outras doenças. A base nitrogenada em questão tem estrutura química muito similar a estrutura da guanina, tendo por diferença a ausência do grupo amino, somente. Uma caraterística singular da inosina, é que ela demonstra pareamento estável seja com citosina (I=C) como também com adenina (I=A) e uracila (I=U), através de dupla ligação.

Mutações de Ponto e SNPs

Mutações de ponto tem sido alvo do interesse da ciência a partir do entendimento de que podem ser usadas como marcadores moleculares e, quando atendem tal requisito, são chamadas de SNPs (polimorfismo de nucleotídeo único, Single Nucleotide Polymorphism, em inglês). Marcador molecular é qualquer fenótipo molecular herdável, proveniente de um gene expresso ou de um segmento de DNA polimórfico (ou seja, que se apresenta sob diferentes formas) e que pode ser usado para diferenciar dois ou mais indivíduos em qualquer estágio de suas. Em outras palavras, são regiões polimórficas no DNA, ou seus produtos, que apresentam alguma variabilidade que permita discriminar indivíduos ou populações. 

No caso das mutações de ponto, trata-se da alteração de um nucleotídeo num determinado trecho do DNA. Essa alteração pode ocorrer em uma região codante (ou seja, que gera um RNAm), não-codante ou ainda em regiões entre genes, ditas intergênicas. Existem mutações de ponto, nesse caso SNPs, relacionadas a características de interesse da agropecuária e também da medicina. 

Na área de ciências agrícolas, muitas mutações de ponto estão relacionadas à resistência dos cultivares a doenças. No caso da bovinocultura existe a síndrome da musculatura dupla, comum em indivíduos da raça Senepol, que é causada por um gene recessivo designado GDF8 (Growth Differentiation Factor 8) que codifica a proteína miostatina. A função biológica da miostatina é inibir o desenvolvimento muscular, isto é, tal proteína age como um pujante regulador negativo do crescimento muscular esquelético no decorrer da miogênese, persistindo por toda fase adulta do indivíduo. Os animais são desajeitados, apresentam genitália infantilizada entre outros problemas. Mas, no aspecto econômico, os animais que têm musculatura dupla em grau extremo possuem todos os músculos aumentados, sendo considerados indivíduos com conformação desejável no que diz respeito a animais tipo corte, por gerar maior lucratividade em vários aspectos.

Figura 6: Bezerro Senepol com musculatura dupla nascido na Embrapa Gado de Corte, Campo Grande (MS) em 2012.

Nucleotídeos e doenças genéticas

Em relação área médica, um dos frutos do Projeto Genoma Humano foi a descoberta de milhares de sequências variáveis no genoma da espécie humana. Grande parte dessas sequências variáveis são SNPs para humanos – pontos específicos do genoma humano cujo nucleotídeo pode ser distinto de uma pessoa para outra, logo um marcador molecular. Assume-se que 85% das variações nas sequências humanas são SNPs e que elas acontecem, em média, a cada 200 bases. 

Entre as doenças em humanos relacionadas a mutações de ponto, podem ser citadas a fenilcetonúria, e fibrose cística, alguns casos de albinismo e a doença monogênica com maior frequência no planeta: a anemia falciforme. Esta última, é uma enfermidade genética e hereditária caracterizada pela ocorrência de hemácias falcizadas – formato de foice – em razão da presença da hemoglobina S (HbS), que decorre da mutação de ponto no primeiro éxon do gene β globina; uma substituição de (GAG → GTG). 

A anemia falciforme é mais comum no continente africano. Em regiões onde há ocorrência de malária, doença causada por um protozoário (Plasmodium falciparum) que parasita o interior das hemácias (glóbulos vermelhos), aproveitando-se de seu formato de disco bicôncavo. Como as hemácias dos portadores dessa doença genética não tem formato de disco bicôncavo, estes não são parasitadas pelo protozoário e, mesmo com os problemas decorrentes da anemia falciforme, conseguem sobreviver. Como o continente africano é carente de boas condições sanitárias e de saúde, muitas pessoas morrem de malária, logo, em regiões onde ocorre a anemia falciforme são mais comuns pessoas portadoras dessa enfermidade.

Realidade comum na África, que exibe uma das maiores incidências de anemia falciforme, mas também muito perto de famílias brasileiras. Segundo o ministério da Saúde, a anemia falciforme atinge de 30 a 50 mil pessoas no Brasil, de maioria afrodescendente. Tanto é que no Brasil, a anemia falciforme é uma doença muito associada ao racismo, o que impede um melhor atendimento aos portadores dessa enfermidade, conforme mostra o filme “Meia Lua Falciforme”.  O filme apresenta o que é a doença e as dificuldades de diagnóstico segundo pessoas afetadas e profissionais de saúde. O dia 19 de junho, foi instituído pela Organização das Nações Unidas – ONU – como o “Dia Mundial de Conscientização sobre a Doença Falciforme”, com o objetivo de dar visibilidade e diminuir as taxas de mortalidade e morbidade da doença.

Referências

BUDOWLE, B.; VAN DAAL, A. Forensically relevant SNP classes. BioTechniques. v.p. 603-610, 2008. 

BROWN, T. A. Genética: um enfoque molecular. 3ª ed. Rio de Janeiro: Guanabara

Koogan, 1999.336p. EDDY, S. R. Non-coding RNA genes and the modern RNA world. Nat Rev Genet. 2001 Dec; 2(12):919-29. Review.

FERREIRA, M.E.; D. GRATTAPAGLIA. 1998. Introdução ao uso de marcadores moleculares em análise genética. EMBRAPA, Brasília. 220 pp.

FERREIRA, R.; Gouvêa, C.M.C.P. Recentes avanços no tratamento da anemia
falciforme. Revista Medica de Minas Gerais; vol.28: e-1984. 2018. DOI:
http://www.dx.doi.org/10.5935/2238-3182.20180006 

GRIFFITHS, A. J. F. et al. Introdução a genética. 9ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2008.

GUERRA, M. Introdução a Citogenética Geral. Rio de janeiro: Guanabara Koogan, 1989.142p

HASKÓ, G.; SITKOVSKY, M.V.; SZABÓ, C. Immunomodulatory and neuroprotective effects of inosine. Trends in Pharmacological Sciences, Vol. 25, Issue 3, 2004, pp 152-157

LEWIN, B. Genes VII. 7ª ed. (tradução). Porto Alegre: Artmed Editora, 2001. 955p

MATIOLI, S.R.; FERNANDES, F.M.C. 2012. Biologia Molecular e Evolução. 2ª ed.

MAXIMIANO, R.V. 2017. Estudos das propriedades da Inosina em DNA através do modelo Peyrard-Bishop e análisedos parâmetros termodinâmicos utilizados na predição de estruturas secundárias de RNA. 123 f. Tese (Doutorado Física) – Departamento de Física, Universidade Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte – MG.

NELSON, D.L.; COX, M.M. Nucleotídeos e Ácidos Nucleicos. In: Lehninger Princípios de Bioquímica, 3ªed, São Paulo: Sarvier, 2002. Cap. 10.

OLIVEIRA-CARVALHO, V.; CARVALHO, V.O.; SILVA, M.M.; GUIMARÃES, G.V.; BOCCHI, E.A.. MicroRNAs: um novo paradigma no tratamento e diagnóstico da insuficiência cardíaca?Soc. Bras. Cardiol., 98 (2011), pp. 362-370

PIERCE, B. A. Genética: um enfoque conceitual. 5ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2016.

SIQUEIRA, F. Musculatura Dupla em Bovinos. In: Sumário Senepol – 2015. EMPRESA BRASILEIRA DE PESQUISA AGROPECUÁRIA – EMBRAPA Gado de Corte (CNPGC). 2015.

WATSON, J.D.; CRICK, F.H.C. Molecular Structure of Nucleic Acids. Nature, v. 171, p. 737 – 738. 1953.

Parkinson Study Group SURE-PD Investigators et al. Inosine to increase serum and cerebrospinal fluid urate in Parkinson disease: a randomized clinical trial. JAMA Neurol. 71, 141–150 (2014).

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