Análise filogenética e funcional das proteínas RBP7 e RBP40 em tripanossomatídeos

Abstract

Resumo: Os organismos estão constantemente em modificação. Seja em resposta a pressões do ambiente, seja por eventos estocásticos, as modificações podem ser momentâneas ou hereditárias. Modificações momentâneas são desempenhadas pela regulação da expressão gênica, enquanto as hereditárias são os eventos evolutivos. A junção destas duas respostas biológicas, a evolução das redes regulatórias da expressão gênica, ainda é uma questão em aberto na biologia. O parasita unicelular Trypanosoma cruzi, além de sua importância médica, constitui um organismo modelo para o estudo da regulação pós-transcricional da expressão gênica. Devido à sua ramificação precoce na árvore filogenética dos seres vivos, é também um modelo no estudo da biologia evolutiva. Uma de suas RBPs (proteína de união ao RNA), a proteína regulatória TcRBP40, foi caracterizada em um estudo anterior. No atual trabalho foi determinada a sua localização celular: os reservossomos do parasita, estrutura anteriormente conhecida como de armazenamento nutricional. A presença desta proteína regulatória nesta organela, juntamente com outras proposições recentes, indica funções adicionais dos reservossomos para a biologia do parasita. Uma análise filogenética mostrou que o gene codificante da TcRBP40 originou-se junto com o gene da TcRBP7 a partir da duplicação de um gene ancestral, assim como seus homólogos em T. brucei (TbRBP7A e B). De acordo com a filogenia, os eventos de duplicação destes genes nestes organismos ocorreram de modo independente, após a divergência das duas espécies, e que estão acumulando mutações de modo assimétrico. As estruturas das proteínas foram preditas por modelagem por homologia e comparadas, sendo identificados os sítios divergentes. As proteínas TcRBP7 e TbRBP7A conservam maior semelhança, enquanto TcRBP40 é a mais divergente do grupo. Os alvos das proteínas TcRBP7 e TcRBP40 foram determinados por ribonômica in vivo e sequenciamento de nova geração, mostrando que menos de 10% são alvos em comum entre elas. Isso indica que estas RBPs de T. cruzi, apesar de conservarem 72% de identidade, regulam redes distintas de genes e portanto desempenham funções biológicas diferentes. Futuras análises poderão responder como as novas redes regulatórias surgem nos organismos, e como evoluem para desempenhar papéis distintos na biologia dos organismos.

Abstract: Organisms are constantly changing. In response to environmental pressures, or for stochastic reasons, those changes might be transient or inheritable. Transient changes are played by gene expression regulation, while inheritable ones consists on evolutionary events. The joining of both biological responses, which accounts for the gene expression regulatory networks evolution, is still an open question in biology. The unicellular parasite Trypanosoma cruzi, beyond its medical importance, is a model organism for posttranscriptional gene expression regulation studies. Due to its early-branching in the tree of life phylogeny, it is also a model for the study of evolution biology. One of its RBPs (RNA binding proteins), the regulatory protein TcRBP40, was characterized on a previous study. In this current work, its cellular location was determined: the parasite's reservosomes, previously known as a nutritional storage compartment. The presence of this regulatory protein inside this organelle, altogether with other recent propositions, indicates additional regulatory functions performed by reservosomes in the parasite's biology. A phylogenetic analysis revealed that TcRBP40 coding gene arose with TcRBP7 from the duplication of an ancestral gene, just as its T. brucei homologs (TbRBP7A and B). According to this phylogeny, the duplication events of these genes on those organisms occurred independently, after species divergency, and they are asymmetrically accumulating mutations. Protein structures were predicted by homology modeling and compared, identifying the divergent sites. The proteins TcRBP7 and TbRBP7A share the higher similarity, and TcRBP40 is the most divergent in this group. TcRBP7 and TcRBP40 targets were determined by in vivo ribonomics and next generation sequencing, showing less than 10% of overlap. This indicates that these T. cruzi RBPs, even though they conserve 72% identity, they regulate distinct gene networks and so play different biological roles. Other analysis may answer how the new regulatory gene networks arise in organisms, and how they evolve to play distinct roles in organisms' biology.