1993: RICHARD J. ROBERTS e PHILLIP A. SHARP
Artigo científico escrito por:
ANTONIOLLI, Ellen C. A.
FRANCESCHI, Felipe R.
NUNES, Alexandra B.
RESUMO:
Richard J. Roberts e Phillip A. Sharp fizeram sua surpreendente descoberta de genes de divisão no adenovírus quando examinaram um híbrido entre um mRNA viral e seu modelo de DNA no microscópio eletrônico. Eles observaram que o mRNA não foi codificado como um segmento da molécula de DNA. Em vez disso, loops notável de DNA não-híbridos foram vistos. A interpretação era de que o RNA mensageiro maduro foi obtido de quatro segmentos descontínuos no DNA viral. Os segmentos retidos no mRNA são chamados de exons e as seqüências eliminadas durante a maturação de mRNA são chamados de íntrons.
PALAVRAS-CHAVE: Richard J. Roberts, Phillip A Sharp, Genes split, Prêmio Nobel.
ABSTRACT:
Richard J. Roberts and Phillip A. Sharp made their amazing discovery of split genes in the adenovirus when they examined a hybrid between a viral mRNA and its template DNA in the electron microscope. They observed that the mRNA was not encoded as a segment on the DNA molecule. Instead, remarkable loops of unhybridized DNA were seen. The interpretation was that mature messenger RNA was derived from four discontinuous segments on the viral DNA. The segments retained in the mRNA are called exons and the intervening sequences excised during mRNA maturation, are called introns.
KEY WORDS: Richard J. Roberts, Phillip A Sharp, Split Genes, Nobel Prize.
INTRODUÇÃO:
O Premio Nobel de Fisiologia ou Medicina é um prêmio atribuído anualmente pelo Instituto Karolinska, da Suécia, recompensando as pessoas que se destaquem nas áreas de investigação da Fisiologia ou da Medicina. É um dos prêmios internacionais de investigação científica instituídos em 1901 por Alfred Nobel. No ano de 1993, foi a vez de Richard J. Roberts e Phillip A. Sharp serem laureados pelo seu ilustre trabalho com os introns, demonstrando que há fragmentos sem carga genética na estrutura do DNA.
BIOGRAFIAS:
RICHARD JOHN ROBERTS:
Richard Roberts nasceu em 1943, em Derby, Inglaterra. Seu pai, John Roberts, foi um mecânico de automóveis, enquanto sua mãe, Edna (Allsop) Roberts, cuidava da família e serviu como primeira professora de Richard.
Depois de se formar com honras em 1965, Roberts permaneceu na Universidade de Sheffield para estudar para seu doutorado sob Ollis David, seu professor de graduação em química orgânica. Após tornar-se interessado em biologia molecular, se mudou para a Universidade de Harvard em 1969, onde passou os próximos quatro anos a decifrar a sequência de nucleotídeos em uma forma de ácido ribonucléico conhecido como tRNA.
Usando um novo método desenvolvido pelo bioquímico Inglês Frederick Sanger, em Cambridge, ele foi capaz de descobrir a sequência da molécula de RNA, e ensinar a técnica de Sanger a outros cientistas. Seu criativo trabalho com tRNA o conduziu ao pioneiro da genética e ganhador do Prêmio Nobel James Watson, para participar de seu laboratório em Cold Spring Harbor, em Long Island, Nova York.
Em 1972, Roberts mudou-se para Long Island para procurar meios de sequenciar o DNA. Os microbiologistas americanos Daniel Nathans e Hamilton Smith demonstraram que uma enzima de restrição, endonuclease R, poderia dividir o DNA em segmentos específicos. Roberts pensou que tais segmentos pequenos poderiam ser utilizados para o seqüenciamento de DNA e começou a procurar outras enzimas de restrição.
Em 1977, ele desenvolveu uma série de experimentos biológicos visando mapear a localização de vários genes em adenovírus e descobriu que um final de um ácido ribonucléico mensageiro (mRNA) não reagia conforme o esperado. Com o uso de um microscópio eletrônico, Roberts e seus colegas observaram que os genes podem estar presentes em vários segmentos de DNA bem separados.
Em 1986, Roberts se casou com sua segunda esposa, Jean. Ele voltou para Massachusetts em 1992, para participar da New England Biolabs, uma pequena empresa privada envolvida na realização de pesquisa de reagentes, em particular das enzimas de restrição. Em 1993, Roberts foi agraciado com o Prêmio Nobel por sua descoberta de genes split. O Comitê Nobel declarou que a descoberta de genes split tem sido de fundamental importância para a pesquisa básica de hoje em biologia, bem como para a investigação médica mais orientada sobre o desenvolvimento do câncer e outras doenças.
PHILLIP ALLEN SHARP
Phillip Sharp nasceu em 6 de junho de 1944 em uma comunidade rural na cidade de Falmouth, no estado americano de Kentucky. Sua mãe era Kathrin Colvin Sharp e seu pai, Joseph Walter Sharp.
Sua educação formal foi inteiramente em escolas públicas do distrito de Pendleton (cerca de 10 km de Falmouth). Ao entrar na universidade, Phillip ingressou em uma pequena escola de artes liberais, Union College, na cidade de Knox, no leste de Kentucky. No Union College, formou-se em Química e Matemática, e decidiu continuar os estudar sobre Ciência, particularmente a Química. Aí conheceu e casou-se com Ann Holcombe, de Nova Jersey.
O volume de 1966 da Cold Spring Harbor Symposium em The Genetic Code estimulou o interesse de Sharp em biologia molecular e genética. Posteriormente, uma carta a Norman Davidson, do Instituto de Tecnologia da Califórnia, resultou em uma oferta de um pós-doutorado em 1969 e sua imersão em um programa de pesquisa em biologia molecular. Ron Davis, na época um estudante de graduação no laboratório de Norman, havia desenvolvido um método para visualizar supressões no genoma do fago com o microscópio eletrônico. Jerome Vinograd, num laboratório adjacente, tinha descoberto a estrutura helicoidal de genomas de vírus.
Neste ambiente, Sharp começou a estudar a estrutura dos plasmídios e a resistência bacteriana a drogas. No final de sua estadia em Caltech, optou por prolongar o período de pós-doutorado e começou a estudar a estrutura e as vias de expressão de genes em células humanas. A expressão dos genes de vírus com genomas de DNA era o único sistema experimentalmente acessível naquele momento, e isso o levou para mais um ano de pós-doutorado no Cold Spring Harbor Laboratory, sob a orientação de Jim Watson. No Laboratório de Joe Sambrook, um membro da equipe, Sharp usou técnicas de hibridização para mapear as seqüências do genoma 40 do vírus símio que foram expressas como RNAs estável tanto nas células infectadas como nas células oncogênicas transformadas por este vírus. Estes resultados foram importantes para compreender a biologia deste vírus.
Sharp tinha como companheiro de pós-doutorado e colega de escritório em Cold Spring Harbor, Ulf Pettersson, um especialista no crescimento do adenovírus humano. Os altos níveis de replicação e expressão proteica fizeram o ciclo de crescimento desse vírus ideal para o estudo da estrutura e da regulação dos genes. Além disso, a então recente descoberta de endonucleases de restrição oferecia a perspectiva de fragmentar o genoma viral de 35.000 pares de base nitrogenadas em unidades tratáveis.
Ulf, Sharp e outros geraram os primeiros mapas das endonucleases de restrição deste vírus, e Jane Flint e Sharp iniciaram a análise de regiões do genoma expresso como RNAm tanto em células produtivamente infectadas quanto em células transformadas de adenovírus. Sharp e sua equipe, então, descobriram:
(a) que o polimorfismo da endonuclease de restrição poderia ser utilizado para gerar mapas genéticos;
(b) o mapeamento de genes específicos no genoma viral; e
(c) a geração de um mapa viral de seqüências expressas em RNA estável.
Em 1974, Salvador Luria, diretor do então recém-criado Centro de Pesquisa do Câncer do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), convidou Sharp para uma posição no Centro. Após uma breve visita ao MIT, Sharp aceitou.
Naquele verão, Jane Flint mudou-se com Sharp ao MIT, e eles continuaram a análise da transcrição do adenovírus. Eles descobriram que os núcleos de células produtivamente infectadas pelo adenovírus continham grupos abundantes de RNAs virais que não foram transportados para o citoplasma. Com isso, especulou-se que estes longos RNAs nucleares foram processados para gerar os RNAm citoplasmáticos. Isso estimulou a comparação das estruturas nucleares do precursor do RNA e do RNAm citoplasmático do genoma do adenovírus.
Como mencionado acima, Ana e Phillip casaram-se em 1964, enquanto ainda estudantes no Union College. Suas três filhas são: Christine Alynn, que nasceu em 1968, quando ainda estavam na escola, Sarah Katherin, em 1974, pouco antes de mudarem-se para New England, e Helena nasceu em 1981. Ann é professora em Newton, Massachusetts, cidade que moram desde que se deslocaram de Cold Spring Harbor.
Walter Gilbert, de Harvard, e Sharp, juntamente com uma série de colegas europeus, fundaram a empresa de biotecnologia Biogen em 1978, em Genebra, Suíça. Hoje, Sharp faz parte do Conselho Administrativo da empresa (agora Biogen Idec).
O Dr. Sharp recebeu muitos prêmios relacionados à sua área e em sua carreira constam mais de 350 publicações de sua autoria em revistas e outros periódicos.
PESQUISA:
Phillip A. Sharp e Richard J. Roberts dividiram o Prêmio Nobel de Medicina de 1993 pelas suas descobertas independentes de que genes individuais são frequentemente interrompidos por seções longas em que a estrutura do DNA não codifica proteínas. Sharp e sua equipe descobriram que o RNA mensageiro (RNAm) de um adenovírus corresponderam a quatro distintos segmentos descontínuos de DNA. Estes segmentos de codificação, chamados exons, foram separados por longas cadeias de DNA, chamadas íntrons, que não contém a informação genética. Anteriormente, acreditava-se que os genes eram trechos contínuos de DNA que serviram de modelos para o mRNA direta na montagem de proteínas. Estudos posteriores mostraram que a transcrição do DNA inicialmente produz uma molécula de RNA precursora da qual os íntrons são retirados e os éxons são unidos.
A descoberta de Robert e Sharp mudou a visão sobre como os genes nos organismos superiores desenvolvem-se durante a evolução. A descoberta também levou à previsão de um novo processo genético, ou seja, da emenda, que é essencial para a expressão da informação genética. A descoberta da cisão dos genes tem sido de fundamental importância para a atual pesquisa básica em biologia, bem como para uma maior investigação de orientação médica sobre o desenvolvimento do câncer e outras doenças.
O conceito geral prevalecente durante a década de 1970 sobre o material hereditário e sua função era o seguinte: um gene existe como um trecho contínuo (segmento) dentro de uma longa molécula de DNA. Quando o gene é ativado, a informação é copiada em uma fita simples molécula de RNA, chamado RNA mensageiro, que traduz as informações em uma proteína.
Esta imagem mudou radicalmente com a descoberta feita em 1977 por Roberts e Sharp. Eles descobriram que um gene individual pode compreender, não apenas um, mas vários segmentos de DNA separados por DNA irrelevantes.
Roberts e Sharp foram estudar o material genético do adenovírus. Depois de algum tempo, eles perceberam que uma única molécula de RNA correspondia a quatro segmentos bem separados na molécula de DNA. Eles então chegaram à conclusão de que a informação genética no gene foi organizada de forma descontínua no genoma e que um gene pode ser composto por vários segmentos, normalmente chamados de exons, separados por DNA, denominado íntrons.
Como consequência da descoberta de que os genes são frequentemente divididos, é provável que os organismos superiores, além de sofrer mutações, podem utilizar outro mecanismo para acelerar a evolução: rearranjo (ou embaralhamento) de segmentos de genes para as novas unidades funcionais.
Um exemplo que mostra a conexão entre doença e a organização do material genético em exons e introns é a leucemia crônica. A característica dessa doença é a presença de células tumorais de um cromossomo denominado Philadelphia. Este cromossomo surge em um glóbulo branco pela fusão de uma extremidade do cromossomo 22 e uma extremidade do cromossomo 9. Aqui, dois genes são copiados para uma única molécula de RNA. Durante o processo de emenda, os exons dos dois genes são unidos para formar uma molécula de RNA que especifica a síntese de uma nova proteína, que dá origem à leucemia.
CONCLUSÃO:
Durante o ano de 1977, equipes independentes de pesquisa como a do inglês Richard Roberts e do norte-americano Phillip Sharp, descobriram que, ao contrário do que era sabido em bactérias, o gene não era um trecho de DNA ininterrupto pronto para ser traduzido em proteínas. Em organismos eucariontes o RNA mensageiro precisa ser montado para dar origem à proteína final. Todavia, essa montagem do RNA mensageiro pode ocorrer de formas alternativas, gerando mais de uma proteína por gene. Esse fenômeno é chamado de processamento alternativo do RNA mensageiro. A descoberta deste, e de outros processos moleculares, é motivo necessário para que certos autores postulem a necessidade de uma mudança conceitual das pesquisas biológicas.
REFERÊNCIAS:
1. http://nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/1993/index.html
2. http://nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/1993/roberts-autobio.html
3. http://nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/1993/sharp-autobio.html
4. http://www.nytimes.com/1993/10/12/health/surprise-discovery-about-split-genes-wins-nobel- prize.html?pagewanted=2
5. http://web.mit.edu/sharplab/
