Mecanismo intraflagelares de transporte e trânsito de proteínas: uma abordagem pós-genômica e computacional de caracterização da virulência flagelar em Leishmania spp
Autor(es):
Diniz, Michely Correia
Palavras Chaves:
Não informado
Ano de Publicação:
2011
Resumo:
Os protozoários flagelados do gênero Leishmania causam as chamadas doenças
negligenciadas, sendo um desafio constante ao controle e prevenção sanitários, devido
às enormes abrangência e prevalência distribuídas pelo mundo inteiro. O flagelo é uma
organela-chave na motilidade, aderência, penetração e diferenciação dos protozoários
estudados nesse trabalho (Leishmania chagasi, L. amazonensis e L. major), sendo essa a
importância de se conhecer bem o flagelo e suas interações com o ambiente a fim de
melhor entender as doenças caudadas por esses patógenos. Nesse sentido, o objetivo
geral foi realizar análise pós-genômica (proteômica e bioinformática) do flagelo de
Leishmania sp., como uma organela estratégica de protozoários patogênicos, em seus
mecanismos intraflagelares de trânsito de proteínas, inclusive sua interação com a actina
(actin-interacting proteins, AIPs ou proteínas de ligação à actina) e a presença de
motivos protéicos. Para isso foram empregadas as seguintes abordagens metodológicas:
isolamento do flagelo na fase de promastigota; análise proteômica [2D-E] da fração
flagelar visando a identificação de proteínas estratégicas; análise de dados e inferências
funcionais através do uso de ferramentas de biologia computacional. Um painel protéico
flagelar foi obtido em gel 2D para as espécies L. amazonensis e L. major, sendo
detectados spots de boa qualidade e com predição de seus respectivos PI (ponto
isoelétrico) e MW (peso molecular). As proteínas coroninas e Arp2/3 foram
identificadas neste painel e, por serem AIPs, foram escolhidas para a construção de
modelos in silico de estimativas funcionais putativas na virulência de
tripanosomatídeos. A abordagem computacional usada para descoberta de motivos
protéicos funcionais relevantes, a partir dos genomas de Leishmania spp., compreendeu
uma integração de técnicas envolvendo data mining multi-relacional (MRDM) feito
após a aplicação de métodos de reconhecimento de padrão por cadeia de Markov
(hidden Markov models, HMM) e refinados pelo algoritmo de Viterbi (VA). Com essa
abordagem particular, coletivamente denominada MRDM/HMM/VA, foi possível
identicar as proteínas de Leishmania contendo motivos tetratricopeptide-repeat (TPR) e
seus derivados (pentatricopeptide - PPR e half-a-tetratricopeptide – HAT),
classificando-as em famílias compondo a superfamília TPR-like. Por serem importantes
módulos estruturais nas interações entre proteína-proteína e desempenharem diversas
funções moleculares relevantes em diferentes mecanismos celulares, os motivos TPR e
as proteínas contendo TPR (TPRPs) foram estudados no contexto dos mecanismos
intraflagelares. Em comparação com as metodologias comumente utilizadas, a
abordagem MRDM/HMM/VA revelou-se mais acurada na identificação das TPRPs. Em
conjunto, os resultados obtidos forneceram subsídios do qual foi possível se inferir que
as coroninas e Arp2/3 estão envolvidas na formação do fagossomo através da
polimerização da actina no interior do ambiente flagelar. A associação dessas duas AIPs
(coroninas e Arp 2/3) parece ter uma função de retardo da maturação do endossomo e
da fusão endossomo-fagossomo, de modo tal que promastigotas possam se diferenciar
em amastigotas mais resistentes, caracterizando assim um papel potencial direto na
virulência. Tais proteínas (AIPs e TPRPs) podem ser alvos interessantes para o
desenvolvimento futuro de fármacos que inviabilizem essa diferenciação em
Leishmania, um evento chave no poder infectante do patógeno flagelado.
Abstract:
Leishmania are flagellated protozoa that cause a main neglected diseasease,
collectively known as leishmaniases, posing a constant challenge for the control and
prevention of the disease due to the wide-world distribution and prevalence of these
parasites. As an insinuating pathogen, Leishmania has a specialized organelle for
motility, the flagellum, which is essential for parasite migration, invasion and
persistence on host tissues. Here we study the flagellum in Leishmania chagasi, L.
amazonensis and L. major, whereas the process by which specific proteins (either actinassociated or not) are targeted to the flagellar environment is highlighted towards better
understanding their causing diseases. The overall aim of this study is to provide a postgenomic analysis (proteomics and bioinformatics) on the flagellum of Leishmania spp.,
since it is a key organelle concerning their intraflagellar transport of proteins, including
actin-interacting proteins, AIPs, and relevant motif-containing proteins. Therefore, we
have applied the following methods: flagellum isolation and further purified fractions
from Leishmania promastigotes; proteome analysis by means of two-dimensional
electrophoresis [2D-E] in order to identify significant proteins; data interpretation to
infer functions and implications through bioinformatics tools. A set of L. amazonensis
and L. major flagellar proteins was obtained from 2D gels in which the detected spots
were of good quality, allowing the prediction of their respective PI (isoelectric point)
and MW (molecular weight). Coronin and Arp2/3 were two of the identified proteins in
such proteome map, and since they are well known as AIPs, we have chosen them to
build in silico models used to putatively ascertain their functional roles in
trypanosomatid virulence. Moreover, we have applied an assorted computer approach to
discover protein motifs from searches in Leishmania genomes databases that combined
multi-relational data mining (MRDM) techniques performed after implementation of
pattern recognition methods through hidden Markov models (HMM) customized with
the Viterbi algorithm (VA). Such exacting approach, named MRDM/HMM/VA, was
able to identify Leishmania proteins containg tetratricopeptide-repeat (TPR) motifs and
their related motifs (pentatricopeptide - PPR e half-a-tetratricopeptide – HAT), allowing
the classification of protein families comprising the so-called TPR-like superfamily.
Due to the fact that they are important structural modules in protein-protein interactions
thought to play several molecular functions in numerous cell mechanisms, TPR-like
motifs and TPR-containing proteins (TPRPs) were analysed in terms of intraflagellar
apparatus. In comparison with currently standard methods, our MRDM/HMM/VA
approach was more accurate in identifying TPRPs. Taken together, our results provide
insights on the pathways through which coronins and Arp2/3 might be involved in the
phagosome formation during polymerization and depolymerization of parasite actin and
actin motor-associated proteins towards counting for the parasite survival within
phagosomes as related to the flagellar apparatus. The arrangement of these two AIPs
(coronins and Arp 2/3) seem to play a role in endosome delayed maturation and
endosome-phagosome fusion in such a way that promastigotes differentiate in more
resistant amastigotes, meaning a flagellar putative function on Leishmania virulence.
AIPs and TPRPs might be potential targets for rational drug design concerning
Leishmania differentiation, which is, indeed, one critical event on behalf of its
infectivity.
Tipo do Trabalho:
Tese
Referência:
Diniz, Michely Correia. Mecanismo intraflagelares de transporte e trânsito de proteínas: uma abordagem pós-genômica e computacional de caracterização da virulência flagelar em Leishmania spp. 2011. 141 f. Tese (Doutorado em 2011) - Universidade Estadual do Ceará, , 2011. Disponível em: Acesso em: 26 de abril de 2024
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