Estudo revela insights sobre a evolução das proteínas

Peter Wolynes, da Rice University, e sua equipe de pesquisa revelaram um avanço na compreensão de como os pseudogenes evoluem. Crédito:Gustavo Raskosky/Rice University.

Peter Wolynes, da Rice University, e sua equipe de pesquisa revelaram um avanço na compreensão de como evoluem sequências genéticas específicas, conhecidas como pseudogenes. O artigo deles foi publicado em 13 de maio no Proceedings of the National Academy of Sciences .

Liderado por Wolynes, o D.R. Professor de Ciências da Fundação Bullard-Welch, professor de química, biociências e física e astronomia e codiretor do Centro de Física Teórica Biológica (CTBP), a equipe se concentrou em decifrar as complexas paisagens energéticas de supostas sequências de proteínas desenvolvidas correspondentes aos pseudogenes.

Pseudogenes são segmentos de DNA que antes codificavam proteínas, mas que desde então perderam a capacidade de fazê-lo devido à degradação da sequência – um fenômeno conhecido como devolução. Aqui, a involução representa um processo evolutivo irrestrito que ocorre sem as pressões evolutivas usuais que regulam sequências funcionais de codificação de proteínas.

Apesar do seu estado inativo, os pseudogenes oferecem uma janela para a jornada evolutiva das proteínas.

“Nosso artigo explica que as proteínas podem evoluir”, disse Wolynes. "Uma sequência de DNA pode, por mutações ou outros meios, perder o sinal que lhe diz para codificar uma proteína. O DNA continua a sofrer mutações, mas não precisa levar a uma sequência que possa se dobrar."

Os pesquisadores estudaram DNA lixo em um genoma que evoluiu. A sua investigação revelou que uma acumulação de mutações em sequências de pseudogenes normalmente perturba a rede nativa de interacções estabilizadoras, tornando um desafio para estas sequências, se fossem traduzidas, se dobrarem em proteínas funcionais.

No entanto, os investigadores observaram casos em que certas mutações estabilizaram inesperadamente o dobramento de pseudogenes ao custo de alterar as suas funções biológicas anteriores.

O panorama energético evolutivo de uma família de proteínas. Crédito:Hana Jaafari/Universidade Rice.

Eles identificaram pseudogenes específicos, como ciclofilina A, profilina-1 e pequena proteína modificadora 2 semelhante à ubiquitina, onde ocorreram mutações estabilizadoras em regiões cruciais para a ligação a outras moléculas e outras funções, sugerindo um equilíbrio complexo entre estabilidade proteica e atividade biológica.

Além disso, o estudo destaca a natureza dinâmica da evolução das proteínas, uma vez que alguns genes anteriormente pseudogenizados podem recuperar a sua função de codificação de proteínas ao longo do tempo, apesar de sofrerem múltiplas mutações.

Usando modelos computacionais sofisticados, os pesquisadores interpretaram a interação entre as paisagens físicas dobráveis e as paisagens evolutivas dos pseudogenes. Suas descobertas fornecem evidências de que o caráter de funil das paisagens dobráveis vem da evolução.

“As proteínas podem evoluir e ter sua capacidade de se dobrar comprometida ao longo do tempo devido a mutações ou outros meios”, disse Wolynes. “Nosso estudo oferece a primeira evidência direta de que a evolução está moldando o enovelamento das proteínas”.

Junto com Wolynes, a equipe de pesquisa inclui a autora principal e estudante de pós-graduação em física aplicada, Hana Jaafari; Carlos Bueno, associado de pós-doutorado do CTBP; Jonathan Martin, estudante de pós-graduação da Universidade do Texas em Dallas; Faruck Morcos, professor associado do Departamento de Ciências Biológicas da UT-Dallas; e o pesquisador de biofísica do CTBP, Nicholas P. Schafer.

As implicações desta pesquisa vão além da biologia teórica, com aplicações potenciais na engenharia de proteínas, disse Jaafari.

“Seria interessante ver se alguém no laboratório pudesse confirmar nossos resultados para ver o que acontece com os pseudogenes que eram mais estáveis fisicamente”, disse Jaafari. “Temos uma ideia baseada em nossa análise, mas seria convincente obter alguma validação experimental”.

Mais informações: Hana Jaafari et al, As paisagens energéticas físicas e evolutivas de sequências de proteínas devolvidas correspondentes a pseudogenes, Proceedings of the National Academy of Sciences (2024). DOI:10.1073/pnas.2322428121
Informações do diário: Anais da Academia Nacional de Ciências

Fornecido pela Rice University

Ornitólogos descobrem que o maior beija-flor do mundo é na verdade duas espécies

A pesquisa mostra que proteínas mais macias podem cruzar para o núcleo mais rapidamente

Biologia

Os animais evoluíram para evitar a superexploração de seus recursos. Os humanos podem fazer o mesmo?

barragens hidrelétricas induzem a extinção de espécies em todas as ilhas da floresta amazônica

Barragens e outras barreiras para áreas de desova de salmão criam desafios para os gestores de pesca

Ciência

Lucros do Spotify atingiram nota negativa em Wall Street

Nova descoberta promete reduzir as ameaças das mudanças climáticas

Pesquisadores encontram uma maneira de formar diodos a partir de supercondutores