Análise da adaptação dos códons como uma ferramenta para predizer a abundância de uma proteína e sua correlação com o ruído na expressão gênica

• Ano de defesa: 2007
• Autor(a) principal: Ferreira, Renata Carmona [UNIFESP]
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal de São Paulo (UNIFESP)
• Palavras-chave em Português: Candida albicans; Códon; Expressão gênica
• Link de acesso: http://repositorio.unifesp.br/handle/11600/23802

Os índices que medem adaptação dos códons são amplamente utilizados para predizer o nível de expressão de um gene. Para verificar se: (i) o índice de adaptação dos códons (CAI) pode ser utilizado para ordenar e caracterizar genes hipotéticos em seqüências de genomas completos; (ii) a variação estocástica da expressão gênica entre as células (ruído) pode ser utilizada como um marcador quantitativo para diferenciar genes essenciais de não essenciais e (iii) qual a correlação existente entre o ruído e o CAI, subdividiu-se esse trabalho em duas partes. Na primeira parte analisei os índices de padrão de uso dos códons como preditores do nível de expressão de genes hipotéticos da levedura Candida albicans. Foram selecionados 744 genes hipotéticos que satisfazem três características simultaneamente sendo elas: (i) ORFs maiores que 500bp; (ii) fases abertas de leitura sem sobreposição com outras ORFs e (iii) ORFs com similaridade ≥ 60% com genes de Saccharomyces cerevisiae e Schizosaccharomyces pombe. O padrão de uso dos códons para os genes hipotéticos apresenta uma grande variedade nos diferentes genes selecionados, porém nota-se uma tendência a um baixo e médio nível de expressão independente do índice analisado. Os valores de CAI variam entre 0,044 e 0,540 com média de 0,170 (± 0,051). ORFs com baixo nível de expressão e potencialmente essenciais são ótimas candidatas para serem alvos para drogas potenciais. Essas características são importantes uma vez que um baixo nível de expressão implicaria numa menor dosagem da droga, e o gene de ser potencialmente essencial uma vez que se deseja a morte do fungo causando a infecção. Baseando-se nessas duas características selecionou-se duas ORFs hipotéticas para estudo de função: CaYdr187c (CAI = 0,084) e CaYlr339c (CAI = 0,088). A ORF CaYdr187c é uma possível proteína do envelope celular, com ontologia de resposta imune; e apresenta tanto peptídeo sinal quanto regiões transmembrana. De acordo com o RT-PCR esse gene é transcrito apenas na fase de levedura do fungo. A ORF CaYlr339c é uma possível proteína relacionada com a tradução, com ontologia de resposta imune; e não apresenta nem peptídeo sinal e nem regiões transmembrana. De acordo com o RT-PCR esse gene é transcrito tanto na fase de levedura quanto na de hifa do fungo. Na segunda parte, analisei a distribuição do ruído transcricional e sua possível utilização como classificador para a essencialidade dos genes. Para se estudar as distribuições estatísticas do ruído temporal no sistema eucariótico modelo Saccharomyces cerevisiae, nós analisamos dados de microarray correspondendo à um ciclo celular para 6.200 genes. Nós descobrimos que o ruído temporal segue uma distribuição log-normal com invariância de escala nos níveis genômico, cromossômico e sub-cromossômico. A correlação do ruído temporal com o índice de adaptação dos códons sugere que pelo menos 70% dos genes codificadores de proteínas são o centro de minimização de ruído do genoma. Nós propusemos um modelo matemático da dinâmica da expressão de um único gene, utilizando a teoria de operadores, o qual revela condições rígidas para a variabilidade do ruído e uma estratégia possível para a minimização / otimização do ruído em nível genômico. Nosso modelo e dados mostram que o ruído mínimo não corresponde a genes obedecendo a uma dinâmica estritamente determinística. A estratégia natural de minimização do ruído consiste em igualar o ruído (η) com a média do valor absoluto da variação relativa do nível de expressão (α). Nós hipotetizamos que o padrão do ruído temporal é uma propriedade emergente do genoma e mostra como a dinâmica da expressão gênica pode estar relacionada com a organização cromossômica. Os índices utilizados neste estudo foram validados como preditores do nível de expressão, caso do CAI para a Candida albicans, e de essencialidade, caso do ruído da expressão gênica. O índice de adaptação dos códons (CAI) é válido como preditor do nível de ruído bem como da dinâmica da expressão gênica.