Pequeno, mas poderoso: proteínas minúsculas com grandes papéis na biologia

Pequeno, mas poderoso: proteínas minúsculas com grandes papéis na biologia

Cientistas da Salk descobrem uma pequena proteína importante para a manutenção celular

LA JOLLA—Todos nós sabemos como é difícil encontrar algo pequeno como uma lente de contato caída que se mistura ao fundo. É igualmente difícil para os biólogos encontrar proteínas minúsculas no contexto complexo da célula. Mas, cada vez mais, os cientistas estão aprendendo que essas microproteínas, que são negligenciadas pelos métodos tradicionais de detecção, também têm importantes papéis biológicos a desempenhar.

Usando uma nova estratégia de detecção de microproteínas, os cientistas do Salk descobriram uma microproteína humana envolvida em uma das principais tarefas de manutenção das células: limpar o material genético que não é mais necessário. A nova molécula pode fornecer uma melhor compreensão de como os níveis de genes, incluindo genes de doenças, são controlados na célula.

“Apesar do quanto sabemos sobre o genoma humano, ainda existem pontos cegos nos algoritmos de descoberta do genoma”, diz Alan Saghatelian, professor Salk e um dos autores seniores do artigo que aparece na edição de 5 de dezembro de 2016 da Biologia Química da Natureza. “Você pode sequenciar todo o genoma humano e nunca saber que uma proteína, como esta, estava lá porque é muito curta e fica abaixo do requisito de comprimento usual para algoritmos de atribuição de genes”.

Nas células, o DNA de um gene é transcrito em mRNA, que orienta a produção de proteínas específicas. Depois que a proteína necessária é criada, o projeto de RNA é reciclado para interromper a produção da proteína. Embora esse processo seja crucial para células saudáveis, ninguém estava ciente de uma microproteína crítica nesse processo, chamada NoBody (para polipeptídeo de dissociação de corpo P não anotado).

O pesquisador Saghatelian e Salk Jiao Ma, com a co-autora Sarah Slavoff e a primeira autora Nadia D'Lima, ambas da Universidade de Yale, decidiram estudar o NoBody porque sua sequência é conservada ao longo da evolução, sugerindo que ele teve uma função crítica na biologia humana. Seus experimentos mostraram que o NoBody interage com proteínas envolvidas no processo de reciclagem de mRNA conhecido por formar grânulos de corpo P – aglomerados de mRNAs e proteínas que realizam a primeira etapa na quebra dos mRNAs. A equipe descobriu que a introdução de NoBody nessas células causou o desaparecimento desses grânulos de corpo P e que alterações nos níveis de NoBody dentro das células podem perturbar a via de reciclagem do RNA, destacando uma função bioquímica para NoBody e alvo potencial para futuras terapêuticas relacionadas ao RNA disfunção.

Parte do motivo pelo qual essa molécula foi negligenciada por tanto tempo, de acordo com Saghatelian, é que ninguém sabia que o NoBody existia. Além disso, ninguém procurou por microproteínas porque não estava claro se alguma microproteína teria funções importantes. “A descoberta de NoBody e sua função na reciclagem de mRNA sugere que pelo menos algumas das centenas de outras microproteínas que encontramos também podem ser funcionais, o que é uma proposição empolgante”, diz ele.

Slavoff acrescenta: “O fato de NoBody estar presente neste complexo de proteínas intensivamente estudado todo esse tempo, mas escapou completamente de nossa observação, realmente mostra quantas microproteínas atualmente desconhecidas poderiam estar associadas a mecanismos celulares essenciais”.

Para contornar problemas de detecção e descobrir quais pequenas microproteínas podem ser negligenciadas, os autores do artigo combinaram sequenciamento genômico e espectrometria de massa de proteínas (proteômica) para prever e identificar microproteínas não anotadas. A equipe começou isolando o conteúdo das células da linha celular de leucemia mielóide comumente estudada e removendo as proteínas maiores para deixar para trás apenas as menores. Em seguida, eles usaram uma técnica de química analítica chamada proteômica de espectroscopia de massa de cromatografia líquida para determinar as sequências de aminoácidos de cada proteína, incluindo microproteínas, que estavam presentes na amostra.

Para descobrir a quais genes eles foram mapeados, a equipe usou um método computacional caseiro para prever todas as microproteínas possíveis do conteúdo total de mRNA de uma célula mielóide, que eles sequenciaram usando técnicas genômicas. Esse banco de dados personalizado foi então usado para pesquisar seus dados de proteômica em busca de novas microproteínas e levou à descoberta de mais de 400 novas microproteínas, incluindo NoBody.

“Prevemos milhões de sequências teóricas de proteínas a partir dos dados genômicos, mas a chave foi determinar quais dessas sequências previstas são reais usando dados de espectrometria de massa”, diz Ma, que liderou este projeto no laboratório Saghatelian.

O grupo acredita que o NoBody pode sinalizar outras microproteínas importantes que podem estar envolvidas na doença. Os grânulos de proteína são encontrados em muitos processos biológicos e são de particular relevância em doenças neurológicas, onde as proteínas se aglomeram e se agregam, como nas placas amiloides associadas à doença de Alzheimer.

"Embora o NoBody não esteja diretamente envolvido na doença de Alzheimer ou em outras doenças, essa descoberta sugere que outras microproteínas podem estar", acrescenta Saghatelian, que também é titular da cadeira do Dr. Frederik Paulsen. “A busca e a caracterização dessas outras microproteínas na biologia e na doença representam uma fronteira empolgante na biologia molecular”.

Outros autores do artigo incluem Qian Chu, do Salk Institute, Lauren Winkler, do Universidade de Yale, Ken H. Loh do Massachusetts Institute of Technology, Elizabeth O. Corpuz e Jens Lykke-Anderson do University of California, San Diego, e Bogdan A. Budnik de Universidade de Harvard.

O trabalho foi financiado por uma bolsa de pós-doutorado da Fundação George E. Hewitt para Pesquisa Médica, o NIH, The Leona M. e Harry B. Helmsley Charitable Trust concessão, e Dr. Frederik Paulsen Chair/Ferring Pharmaceuticals.