Enzimas alternativas e a evolução molecular dos genes da cadeia respiratória mitocondrial de Ciona intestinalis (Tunicata: Ascidiacea)

Resumo

Enzimas alternativas da cadeia respiratória compõem vias bioquímicas adicionais ao processo de fosforilação oxidativa mitocondrial (OXPHOS), no qual o consumo de oxigênio é desacoplado da produção de ATP. A expressão da oxidase alternativa (AOX) e da NADH desidrogenase alternativa provenientes do tunicado Ciona intestinalis (Ascidiacea) na mosca Drosophila melanogaster, em camundongo e em células humanas em cultura tem se mostrado eficaz no combate aos efeitos deletérios causados por deficiências na OXPHOS. Isso indica que organismos que possuem enzimas alternativas, como C. intestinalis, podem ter acumulado mais substituições nucleotídicas deletérias nos genes que codificam subunidades da cadeia respiratória, já que a presença dessas enzimas pode permitir que o organismo sobreviva e reproduza mesmo com tais mutações deletérias. O objetivo é utilizar ferramentas de bioinformática para explorar o genoma de C. intestinalis, identificando genes para a construção da "cadeia respiratória virtual" da mitocôndria deste organismo e analisar as taxas de evolução molecular para cada gene deste sistema e compará-las àquelas de humanos e de D. melanogaster. Com isso, busca-se inferir como a presença das enzimas alternativas na cadeia respiratória altera sua composição e o padrão de evolução dos genes e proteínas que a constituem. A hipótese é que os genes e proteínas constituintes da cadeia respiratória de C. intestinalis evoluem mais rapidamente, acumulando mutações levemente deletérias ou simplesmente sendo eliminados do genoma, devido à presença de enzimas alternativas. Inicialmente, duas abordagens serão usadas para recuperar os genes mitocondriais de C. intestinalis e construir a "cadeia respiratória virtual" deste organismo: 1) os genes codificadores de proteínas da cadeia respiratória humana e de D. melanogaster serão utilizados como referências para buscas utilizando o BLAST por genes ortólogos no genoma de C. intestinalis e da espécie próxima Ciona savignyi; e 2) as seqüências das proteínas codificadas por todos os genes mitocondriais identificados serão submetidas à busca por sinais de localização mitocondrial, com o auxílio de softwares como o MITOPROT e o TargetP, para que os genes escolhidos através do BLAST tenha maior precisão. A comparação direta entre os complexos da OXPHOS em humanos, D. melanogaster e C. intestinalis revelará como estes são constituídos, indicando se a presença de enzimas alternativas pode alterar o número de subunidades que compõem cada complexo. Além das alterações na composição de subunidades, será possível inferir se há alterações quantitativas nas proteínas mitocondriais de C. intestinalis, através da comparação das taxas de evolução nucleotídicas e de aminoácidos utilizando softwares como MEGA7. Devido ao fato da expressão de enzimas alternativas manterem a respiração celular mesmo sob condições de disfunção dos complexos I, III e IV da OXPHOS, é esperado que os genes que codificam subunidades destes complexos em C. intestinalis tenham acumulado mais mutações deletérias do que os genes ortólogos em vertebrados e artrópodes.