Notícia

Análise computacional revela nova visão sobre sequências repetitivas de proteínas e sua semelhança entre espécies, de bactérias a humanos

Fonte

MIT | Instituto de Tecnologia de Massachusetts

Data

sexta-feira, 16 setembro 2022 06:30

Áreas

Bioinformática. Biologia. Ciência de Dados. Proteômica.

Cerca de 70% de todas as proteínas humanas incluem pelo menos uma sequência que consiste em um único aminoácido repetido muitas vezes, com alguns outros aminoácidos misturados. Essas ‘regiões de baixa complexidade’  (LCRs) também são encontradas na maioria dos outros organismos.

As proteínas que contêm essas sequências têm muitas funções diferentes, mas recentemente biólogos do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) encontraram uma maneira de identificá-las e estudá-las como um grupo unificado. A técnica permite analisar semelhanças e diferenças entre LCRs de diferentes espécies e ajuda a determinar as funções dessas sequências e as proteínas nas quais são encontradas.

Usando a nova técnica, os pesquisadores analisaram todas as proteínas encontradas em oito espécies diferentes, de bactérias a humanos. Eles descobriram que, embora as LCRs possam variar entre proteínas e espécies, elas geralmente compartilham um papel semelhante – ajudando a proteína na qual são encontradas a se juntar a um conjunto de maior escala, como o nucléolo, uma organela encontrada em quase todas as células humanas.

“Em vez de olhar para LCRs específicas e suas funções, que podem parecer separadas porque estão envolvidas em processos diferentes, nossa abordagem mais ampla nos permite ver semelhanças entre suas propriedades, sugerindo que talvez as funções dos LCRs não sejam tão díspares, afinal”, disse Byron Lee, estudante de pós-graduação do MIT.

Os pesquisadores também encontraram algumas diferenças entre as LCRs de diferentes espécies e mostraram que essas sequências LCR específicas correspondem a funções específicas da espécie, como a formação de paredes celulares em plantas.

Byron Lee e o estudante de pós-graduação Nima Jaberi-Lashkari são os principais autores do estudo, que foi publicado na revista científica eLife. O Dr. Eliezer Calo, professor de Biologia do MIT, é o autor sênior do artigo.

Estudo em grande escala

Pesquisas anteriores revelaram que as LCRs estão envolvidas em uma variedade de processos celulares, incluindo adesão celular e ligação ao DNA. Essas LCRs geralmente são ricas em um único aminoácido, como alanina, lisina ou ácido glutâmico.

Encontrar essas sequências e estudar suas funções individualmente é um processo demorado, então a equipe do MIT decidiu usar a bioinformática – uma abordagem que usa métodos computacionais para analisar grandes conjuntos de dados biológicos – para avaliá-los como um grupo maior.

“O que queríamos fazer é dar um passo para trás e, em vez de olhar para LCRs individuais, tentar dar uma olhada em todas elas e ver se poderíamos observar alguns padrões em uma escala maior, que poderiam nos ajudar a descobrir o que aqueles que têm funções atribuídas estão fazendo e também nos ajudar a aprender um pouco sobre o que os que não têm funções atribuídas estão fazendo”, disse Nima Jaberi-Lashkari.

Para isso, os pesquisadores usaram uma técnica chamada matriz de pontos, que é uma forma de representar visualmente sequências de aminoácidos, para gerar imagens de cada proteína em estudo. Eles então usaram métodos de processamento de imagem computacional para comparar milhares dessas matrizes ao mesmo tempo.

Usando essa técnica, os pesquisadores conseguiram categorizar as LCRs com base em quais aminoácidos foram repetidos com mais frequência na LCR. Eles também agruparam proteínas contendo LCR pelo número de cópias de cada tipo de LCR encontrado na proteína. A análise desses traços ajudou os pesquisadores a aprender mais sobre as funções dessas LCRs.

Como demonstração, os pesquisadores escolheram uma proteína humana, conhecida como RPA43, que possui três LCRs ricas em lisina. Essa proteína é uma das muitas subunidades que compõem uma enzima chamada RNA polimerase 1, que sintetiza o RNA ribossômico. Os pesquisadores descobriram que o número de cópias de LCRs ricas em lisina é importante para ajudar a proteína a se integrar ao nucléolo, a organela responsável pela síntese de ribossomos.

Montagens biológicas

Em uma comparação das proteínas encontradas em oito espécies diferentes, os pesquisadores descobriram que alguns tipos de LCR são altamente conservadas entre as espécies, o que significa que as sequências mudaram muito pouco ao longo das escalas de tempo evolutivas. Essas sequências tendem a ser encontradas em proteínas e estruturas celulares também altamente conservadas, como o nucléolo.

“Essas sequências parecem ser importantes para a montagem de certas partes do nucléolo. Alguns dos princípios que são conhecidos por serem importantes para a montagem de ordem superior parecem estar em jogo porque o número de cópias, que pode controlar quantas interações uma proteína pode fazer, é importante para a proteína se integrar nesse compartimento”, explicou Byron Lee.

Acesse o artigo científico completo (em inglês).

Acesse a notícia completa na página do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (em inglês).

Fonte: Anne Trafton, MIT News Office. Imagem: pesquisadores do MIT usaram uma técnica chamada matriz de gráfico de pontos, que é uma maneira de representar visualmente sequências de aminoácidos, para comparar sequências de proteínas conhecidas como ‘regiões de baixa complexidade’ em muitas espécies diferentes. Fonte: Divulgação, MIT.

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