Propriedades eletrostáticas do proteoma e o processo de tradução

As proteínas são estruturas orgânicas que participam de inúmeros processos bioquímicos do organismo. Elas exercem funções fisiológicas, catalíticas, estruturais, regulatórias, de transporte, de proteção, hormonais, dentre outras. Portanto, compreender as interações e os complexos biológicos em que cada uma das centenas de milhares de proteínas humanas está inserida é um trabalho persistente da ciência e, particularmente, da bioquímica.

Sabemos que existem características indispensáveis para que a tradução de um RNA mensageiro em uma proteína seja eficaz, tais como: efeitos hidrofóbicos, atividades das moléculas participantes do processo e potenciais eletrostáticos. O acoplamento desse arranjo bioquímico permite que elas exerçam suas funções celulares com excelência.

Em 22 de Maio de 2017, foi publicado pela PLoS Computational Biology o artigo intitulado ”Protein charge distribution in proteomes and its impact on translation'', que teve como autores principais o Prof. Fernando Palhano (IBqM) e seu aluno de  Doutorado Rodrigo Requião (IBqM). No artigo, o grupo mostrou que a carga eletrostática do peptídeo que está sendo traduzido, no final do processo de tradução, pode ficar concentrada em algumas regiões, evidenciando que isso estaria relacionado ao tipo de ribossomo que vai traduzir a proteína.

Túnel de saída do ribossomo

A tradução de RNAm em proteínas, como etapa final da transformação da leitura do código genético do DNA, envolve sofisticados mecanismos celulares que irão trabalhar harmonicamente para a produção de uma nova proteína. Contudo, alguns acidentes bioquímicos podem surgir durante esses processos. Um deles é o alongamento da sequência primária dentro do ribossomo que, mediante alguns fatores, pode interromper a síntese protéica. E como isso pode acontecer?

O túnel do ribossomo é uma estrutura composta majoritariamente por ácidos nucleicos, o que torna sua carga negativa. Nele estão inseridas duas proteínas que ficam para dentro do túnel, onde cabem cerca de 30 resíduos de aminoácidos. Dessa forma, caso uma proteína possua maior quantidade de arginina e lisina na construção de suas sequências, sendo ambos aminoácidos de cargas positivas, essas serão atraídas eletrostaticamente pela carga negativa do ribossomo. Assim, promove-se um alongamento mais lento e compromete-se a tradução, o que pode causar o bloqueio no ribossomo. Obviamente, por outro lado, caso sequências de resíduos carregados negativamente estejam sendo traduzidas, o alongamento será mais rápido.

Estudos anteriores sugerem que as regiões N-terminal e C-terminal das proteínas são regiões ricas em cargas positivas e isso afeta a velocidade da tradução nessas extremidades proteicas. No entanto, em nível global foi demonstrado que a carga negativa é conferida à maior parte das proteínas estudadas. Esse trabalho gerou resultados obtidos das análises de 551,705 proteínas de diversos organismos, com um cômputo geral de 180 milhões de segmentos protéicos. Os dados mostraram que, dentre esse número de proteínas selecionadas, a maioria era carregada negativamente, favorecendo a rapidez da tradução.

O Prof. Fernando Palhano e seu aluno de Doutorado Rodrigo Requião aceitaram o convite do nosso Portal para conversar conosco sobre o paper publicado. Leia a seguir!

PORTAL BIOQMED. Bom dia, Professor Fernando! Bom dia, Rodrigo! O estudo de vocês aborda questões referentes aos fatores bioquímicos envolvidos na formação estrutural da proteína, destacando que a carga elétrica dela está participando desse processo. Qual o impacto da distribuição da carga na tradução? De que forma ele estará afetando a estrutura da proteína que está sendo traduzida?

RODRIGO REQUIÃO. Pelo que observamos, o impacto dessa distribuição está relacionado ao tipo de tradução que a proteína será submetida. Existem duas populações de ribossomos durante a tradução: monossomos e polissomos. Quando um ribossomo sozinho é responsável pela tradução de uma proteína, ele é chamado de monossomo. Quando vários ribossomos traduzem uma mesma proteína ao mesmo tempo, são chamados de polissomo. Nosso estudo sugere que proteínas com uma maior concentração de carga no N-terminal estão associadas a tradução por monossomos, enquanto que proteínas com uma menor concentração estão associadas a tradução por polissomos.

PORTAL BIOMED. Quais fatores são comuns para induzir a interrupção do processo de tradução?

RODRIGO REQUIÃO. Os fatores clássicos responsáveis pela interrupção do processo de tradução são erros que ocorrem durante o processo. Esses erros podem ser (i) a leitura de um códon de terminação prematuro ou (ii) a falta dele, (iii) defeitos estruturais no ribossomo, (iv) problemas de enovelamento no peptídeo nascente, entre outros. Outros fatores que também poderiam levar a interrupção da tradução, mas que não são considerados erros, são uma (v) grande concentração de códons raros, (vi) de carga positiva, ou (vii) presença de estruturas secundárias estáveis no RNAm.

PORTAL BIOQMED. Foram analisadas mais de 500.000 proteínas em seu trabalho. Quais os parâmetros utilizados para a seleção dessas proteínas analisadas no estudo?

RODRIGO REQUIÃO. Nós utilizamos todas as proteínas da base de dados SwissProt (UniProt). Essa é uma base de proteínas, anotadas e revisadas manualmente, que abrange diversos organismos, de todos os reinos, então nosso parâmetro foi utilizar todas as proteínas revisadas disponíveis.

PORTAL BIOQMED. Existe alguma hipótese funcional relacionada às regiões ricas em resíduos positivos das regiões N- e C-terminal?

RODRIGO REQUIÃO. As duas principais hipóteses para uma concentração de carga no N-terminal se referiam a uma diminuição de velocidade no início da tradução, otimizando a síntese proteica, e à estrutura de proteínas de membrana, ajudando na organização celular. Nosso estudo, entretanto, vai contra essas duas hipóteses, dizendo que essa concentração de carga não está relacionada nem a velocidade de tradução nem a proteínas transmembranares. O que encontramos foi uma correlação positiva entre concentração de carga positiva no N-terminal e tradução monossômica.

PORTAL BIOQMED. Quais as diferenças observadas no potencial eletrostático das proteínas associadas à tradução monossômica e à tradução polissômica?

RODRIGO REQUIÃO. As proteínas associadas a tradução monossômica apresentam maior concentração de carga positiva no N-terminal, enquanto as associadas a tradução polissômica, de carga negativa ou neutra.

PORTAL BIOQMED. A diminuição da velocidade de alongamento em proteínas carregadas positivamente pode alterar a qualidade ou causar alguma deficiência proteica estrutural ou funcional? No caso dessas proteínas de carga positiva, as chaperonas são mais requisitadas na pós-tradução?

RODRIGO REQUIÃO. A diminuição da velocidade do alongamento, seja por carga positiva ou por algum outro fator, aumenta as chances dessa tradução ser interrompida, mas não, necessariamente, levaria a formação uma proteína defeituosa. A princípio, as proteínas com maior concentração de carga positiva no N-terminal não estão associadas a um maior recrutamento de chaperonas.

PORTAL BIOQMED. Os periódicos open-access apoiam e contribuem para o compartilhamento dos dados de artigos científicos. Por outro lado, os periódicos de acesso restrito às assinaturas para leitura dos trabalhos científicos vêm sendo criticados. A revisão qualificada mediante artigos submetidos também é questionada. Qual a sua opinião sobre a relação entre periódicos de acesso livre e os pagos, e como isso afeta a comunidade científica?

PROFESSOR FERNANDO PALHANO. A PLoS está fazendo 10 anos, e a ideia deles foi criar uma forma para as pessoas que não têm dinheiro terem acesso livre às revistas. Todas as revistas do grupo PLoS tem os artigos revisados pelos pares, são revistas sérias. Elas funcionam tão bem quanto outras que não são open-access. Sabemos isso porque (i) elas são revisadas pelos pares e (ii) por causa do corpo editorial, que é composto por pessoas respeitáveis na área. Mas há críticas a algumas revistas que são consideradas predatórias e que não fazem revisões com os pares onde pouco importa a qualidade do artigo. Dentro das revistas do grupo PLoS, que em termos de ciência é inquestionável, tem uma revista que trabalha diferente que é a PLoS One. Na filosofia deles, se as conclusões do artigo podem ser suportadas pelos dados e todos os controles foram tomados, não importa o paper terá grande impacto ou não, o paper será aceito. Eles não têm os mesmos critérios que as outras, como o alto impacto na área. Esse é o diferencial da PLoS One para as outras.

PORTAL BIOQMED. Quais critérios são adotados para a escolha da revista que submeterá o artigo?

PROFESSOR FERNANDO PALHANO. Primeiro eu olho se é uma revista que costumo ler dentro da minha área de interesse. Essa é a primeira coisa.

Essa revista que submetemos o trabalho, por exemplo, é uma revista de área de computação e é a revista oficial da International Society for Computational Biology. Nossos dados foram todos in silico, então dificilmente publicaríamos em uma revista que exigisse dados gerados em bancada. Como o grupo que costuma ler essa revista trabalha com dados in silico, acreditamos que iremos atingir um público que esteja interessado em ler nosso trabalho. Por último, por pressão até mesmo da pós-graduação, nós olhamos para o impacto da revista, que de certa maneira reflete a qualidade da revista.

Quando escolhemos essa revista para submissão do artigo, nós olhamos se podíamos pagar (e no caso foi a pós-graduação quem pagou). Se era open-access ou restrita não foi  um peso determinante, porque se a pessoa realmente tiver interesse pode escrever para o autor solicitando o paper.

O sistema convencional é: todo corpo editorial não ganha nada para trabalhar para a revista. O editor envia o paper para os revisores (que são anônimos) e que também não ganham nada. O autor que submeteu o artigo não ganha nada também. Quando o artigo é aceito, o autor assina um termo concedendo os direitos para a revista. Assim, a revista vende o artigo sem gastar nada, ela só faz a logística, mas todos cientistas que trabalham no sistema não ganham nada.

PORTAL BIOQMED. Se o corpo editorial não é remunerado, por que ainda assim é interessante querer revisar os trabalhos?

PROFESSOR FERNANDO PALHANO. Os editores ganham muita coisa na verdade. Dependendo do lugar o cientista é até apresentado como editor em razão do prestígio. Os editores têm de alguma forma poder também. Eles têm acesso aos artigos que irão demorar às vezes um ano para ser publicado. Quem revisa também tem acesso a isso com antecedência e tem ainda a oportunidade de tornar aquele trabalho melhor, podendo sugerir melhorias para o trabalho tornando-o mais sólido. Ele não ganha para ele, mas ganha para a ciência como um todo porque tentou melhorar o trabalho. Os revisores e editores são também responsáveis pelo trabalho, se no futuro o trabalho for contestado por falta de controles por exemplo, a responsabilidade não é somente dos autores. É um sistema cheio de imperfeições, mas hoje é um sistema que funciona!

Recomendamos fortemente a leitura do artigo ''Protein charge distribution in proteomes and its impact on translation” no site do periódico através do endereço eletrônico: http://journals.plos.org/ploscompbiol/article?id=10.1371/journal.pcbi.1005549

Formato para citação:

*Requião RD, Fernandes L, de Souza HJA, Rossetto S, Domitrovic T, et al. (2017) Protein charge distribution in proteomes and its impact on translation. PLOS Computational Biology 13(5): e1005549.

Por Larissa Haerolde e Francisco Prosdocimi para o portal BIOQMED.