A equipe de Peter Wolynes, da Rice University, descobriu como os pseudogenes evoluem e afetam o enovelamento de proteínas, revelando efeitos de mutação inesperados. O seu estudo destaca o potencial de alguns pseudogenes recuperarem capacidades de codificação de proteínas, com implicações para a engenharia de proteínas. (Conceito do artista). Crédito: SciTechDaily.com
Peter Wolynes, da Rice University, e sua equipe de pesquisa fizeram um avanço significativo na compreensão da evolução de sequências genéticas específicas conhecidas como pseudogenes. Suas descobertas foram publicadas recentemente na revista Anais da Academia Nacional de Ciências.
Liderada por Wolynes, professor de ciências da Fundação DR Bullard-Welch, professor de química, biociências, física e astronomia, e codiretor do Centro de Física Teórica Biológica (CTBP), a equipe se concentrou em decifrar as complexas paisagens energéticas de de -sequências proteicas putativas evoluídas correspondentes a pseudogenes.
Pseudogenes são segmentos de ADN 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.
Insights sobre a evolução 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 a instrui a codificar uma proteína. O DNA continua a sofrer mutações, mas não precisa levar a uma sequência que possa se dobrar.”
Os pesquisadores estudaram o 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.
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
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.
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.”
Referência: “As paisagens energéticas físicas e evolutivas de sequências de proteínas devolvidas correspondentes a pseudogenes” por Hana Jaafari, Carlos Bueno, Nicholas P. Schafer, Jonathan Martin, Faruck Morcos e Peter G. Wolynes, 13 de maio de 2024, Anais da Academia Nacional de Ciências.
DOI: 10.1073/pnas.2322428121
