Imagine que você tem um recado que precisa ser lido de qualquer forma pelo seu alvo, e levado ao pé da letra. E para piorar, o número de letras que pode usar é super restrito. Como transmitir mais informação do que o recado em si?
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Estrutura do genoma do HIV ©Nature 2009, referência ao final
ResearchBlogging.orgEste é o desafio que o HIV encontra. Para dominar o metabolismo da célula e comandar a produção de mais vírus, ele precisa produzir uma grande molécula de RNa que será lida pelo ribossomo e dará origem às proteínas virais. Mas sua taxa de mutação limita muito o tamanho de seu genoma.
Por depender da transcriptase reversa para transformar seu genoma de RNA no DNA que será incorporado no núcleo da célula infectada, o vírus da imunodeficiência humana sofre uma quantidade absurda de mutações. Nossa DNA polimerase erra mais ou menos uma base a cada 10 mil que incorpora no DNA e é capaz de voltar atrás e corrigir seu erro, deixando apenas um erro a cada 100 milhões a 10 bilhões. Já a polimerase de DNA do HIV, que usa o genoma de RNA dele como base, não só não possui reparo de erros, como ainda pode incorporar mais erros do que a nossa, entre um a cada 10 mil e um a cada mil. Um milhão de vezes mais do que nós.
É graças a essa taxa de mutação enorme que o HIV consegue escapar de antivirais e de nosso sistema imune. Mas ela impõe uma restrição muito forte. Quanto maior a quantidade de mutações que um genoma acumula, menos informação ele pode guardar de maneira confiável. Genomas grandes que sofrem muitas mutações perdem genes importantes e seus portadores são deixados de lado pela evolução. Daí a relação forte entre tamanho de genoma e taxa de mutação.
O HIV, por ser um vírus de RNA, está entre aqueles que não podem ter um genoma maior do que alguns milhares de bases. O maior vírus de RNA conhecido possui um genoma de 30 mil bases, contra bilhões de bases em organismos com DNA. O que quer dizer que o HIV possui pouco mais de 9 mil e quinhentas bases em seu genoma para escrever os comandos de invasão da célula e replicação. Isto envolve entre outras coisas controlar o ciclo celular, despistar o sistema imune, sequestrar as funções celulares e produzir novas partículas virais.
E uma maneira impressionante que ele tem de condensar a informação e aumentar a eficiência com que ela é entendida pela célula é controlar o formato do seu genoma.
Depois de invadir a célula e se integrar ao nosso genoma, o próximo passo do HIV é produzir uma enorme molécula de RNA mensageiro que será lida pelo ribossomo celular para sintetizar as proteínas virais. E este RNA mensageiro possui, além da informação codificada destas proteínas, uma estrutura que permite que elas sejam feitas da melhor forma.
Diferente da monotonia do DNA, que adota quase que exclusivamente o formato de dupla fita, o RNA é muito mais versátil. Parte desta capacidade de mudar seu formato vem da formação de trechos de dupla fita em que uma parte da molécula interage com outra complementar. Estas ligações podem ser medidas pelas técnica SHAPE, de “Selective 2′-Hydroxyl Acylation analyzed by Primer Extension”, nome complicado para uma técnica que consiste em marcar o RNA com uma molécula que reconhece apenas bases que não formam dupla fita, e depois sequenciá-las para ver onde ocorrem.
Seguindo esta técnica, é possível mapear regiões onde provavelmente ocorre uma dupla fita de RNA, e modelar a estrutura que ele vai adotar de acordo com estes pontos. E o significado desta estrutura pode ser surpreendente.
genoma_.jpgQuanto mais baixo o valor do gráfico em azul, maiores as chances daquela região apresentar uma ligação, e os menores valores correspondem ao final de cada proteína de seu genoma.©Nature 2009, referência ao final
Com uma série de grampos formados por duplas hélices e longas regiões sem ligação, o RNA mensageiro do HIV forma um verdadeiro trilho de montanha russa por onde o ribossomo vai correr, com paradas planejadas em pontos estratégicos. Com o arranjo de fita simples, dobras e fitas duplas, o vírus pode determinar como o ribossomo vai percorrer cada ponto de seu genoma. As regiões livres são facilmente lidas, enquanto grampos formados por fitas duplas retém o ribossomo por um período mais longo.
Quando uma proteína está sendo sintetizada, precisa adotar dentre as inúmeras possibilidades o dobramento que dá a ela o funcionamento adequado. Uma dobra para o lado errado e ela pode nunca funcionar, ou funcionar do modo errado, como o príon. Assim, ao final de cada proteína em seu genoma, há um grampo de RNA que garante uma pausa do ribossomo para que haja o dobramento correto.
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O peptídeo sinal (EPA) fica de fora do ribossomo antes da pausa feita pelo grampo ©Nature 2009, referência ao final
Outra diferença é quem vai lidar com a proteína sendo sintetizada. Grande parte das proteínas que o HIV produz ficam circulando no próprio citoplasma, então podem ser sintetizadas diretamente. Já as proteínas do envelope ficam localizadas do lado de fora do vírus, e já precisam estar presentes na membrana celular para que os novos vírus que brotarem as levem. Também precisam estar ligadas à açúcares (glicosiladas), imitando nossas proteínas e escondendo-se da ação dos anticorpos. E quem comanda a exoportação e glicosilação de proteínas é o retículo endoplasmático e o complexo golgiense.
Mas isto não é problema para o HIV. Sua proteína de envelope possui um sinal de exportação que faz com que ela seja direcionada ao retículo endoplasmático quando sintetizada. E a região imediatamente após o sinal de reconhecimento do retículo e antes da proteína de envelop possui um grande grampo que segura a tradução do ribossomo pelo tempo suficiente para que o peptídeo sinal, que fica pendurado para fora do ribossomo, seja recebido e direcionado.
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Aqui o grampo que fica logo após a sequência escorregadia ©Nature 2009, referência ao final
Também há a compactação de mensagens. Para fazer caber duas mensagens em um trecho só, o HIV sobreescreve uma mensagem com outra, utilizando as mesmas bases, mas de maneira que elas precisam ser lidas em outra ordem. Fazendo um ótimo uso do sistema de código genético, uma mesma mensagem pode ser lida pulando uma base, como se a seguinte frase fizesse sentido das duas formas (não tenho essa competência): meu tio não deu seu boi pro avô / eut ion ãod eus eub oip roa vos.
Quem precisa ler o mensageiro de uma forma ou de outra é o ribossomo. E para fazer ele mudar a ordem de leitura, o RNA do HIV possui uma sequência escorregadia antes da mensagem dupla, a sequência de bases auuuuuu, que permite a ligação do ribossomo em diferentes posições. É mais ou menos como tentar digitar no caixa eletrônico aquelas sequências enormes de zeros, sempre pulo um dos malditos e erro o código. E para facilitar essa troca, o vírus monta grampos que retardam o ribossomo ao passar por esta região.
Em muitos pontos onde grampos são necessários, as sequências em ambas as fitas que se ligam precisam se manter conservadas para que ainda sejam compatíveis, e de fato o são. O que ajudou a explicar muitas regiões conservadas no genoma do vírus para as quais não se sabia o motivo. Ao mesmo tempo, regiões sob constante pressão para variar, como posições que originam aminoácidos reconhecidos pelo sistema imune, são mantidas distantes e sem ligações, livres para variar (os círculos na primeira figura).
Toda esta sinalização feita pela estrutura do seu genoma acrescenta uma nova camada de complexidade à informação do HIV, tão importante quanto o código que o mensageiro traz é o formato que ele adota. Com a descoberta de regiões estruturalmente importantes, surgem novos alvos de ataque ao vírus, regiões que agora sabemos que estão mais restritas à variação, o que dificulta o escape aos ataques escolhidos. Ao mesmo tempo, não há motivo para que o mesmo tipo de estrutura secundária de RNA não seja importante para outros vírus com este tipo de genoma como o vírus da Hepatite C, que também podem ter esta propriedade usada para novos tratamentos.

Fonte:

Watts, J., Dang, K., Gorelick, R., Leonard, C., Bess Jr, J., Swanstrom, R., Burch, C., & Weeks, K. (2009). Architecture and secondary structure of an entire HIV-1 RNA genome Nature, 460 (7256), 711-716 DOI: 10.1038/nature08237
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