UM VÍRUS PREVIAMENTE DESCONHECIDO EVITA PONTOS DE CONTROLE DO CICLO DE KREBS

Ana Karoline da Nóbrega Nunes Alves; Jônatas Santos Abrahão; Sávio Torres de Farias

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Trabalho

Título do Trabalho

UM VÍRUS PREVIAMENTE DESCONHECIDO EVITA PONTOS DE CONTROLE DO CICLO DE KREBS

Autores

Ana Karoline da Nóbrega Nunes Alves
Jônatas Santos Abrahão
Sávio Torres de Farias

Modalidade

Resumo expandido - PÔSTER ou ORAL.

Área temática

DOURADA - Relacionada à bioinformática, utiliza ferramentas computacionais para analisar dados biológicos, como sequências de DNA e proteínas.

Data de Publicação

05/11/2024

País da Publicação

Brasil

Idioma da Publicação

Português

Página do Trabalho

https://www.even3.com.br/anais/iii-simbiotec-427979/842521-um-virus-previamente-desconhecido-evita-pontos-de-controle-do-ciclo-de-krebs

ISBN

978-65-272-1075-7

Palavras-Chave

Genes auxiliares do metabolismo, evolução viral, ciclo do ácido cítrico, estrutura genética, ORFan

Resumo

Introdução Vírus são elementos genéticos que encapsidam seus próprios genomas. Geralmente, são vistos como agentes simples causadores de doenças, infectando bactérias, arqueas, algas, plantas e animais invertebrados e vertebrados, mas eles demonstram variação extraordinária e várias estratégias evolutivas (BEKLIZ, COLSON, LA SCOLA, 2016). Vários mecanismos relacionados a vírus de pequenos genomas e número limitado de genes codificantes já foram caracterizados. Por exemplo, segmentação, sobreposição de genes, síntese de poliproteínas, mudanças de frameshift e supressão de códons de parada. A sobreposição genética tem um grande preço evolutivo, visto que duas proteínas funcionais que se sobrepõem podem levar a restrição evolutiva (MIZOKAMI et al., 1997; BRANDES, LINEAL, 2016). Esses mecanismos refletem a plasticidade da informação genética viral e garantem a síntese de todas as proteínas virais necessárias, incluindo aquelas que podem estar relacionadas à uma maior independência viral em relação ao seu hospedeiro, através do redirecionamento de energia e outros recursos para a produção de partículas virais (BELHAOUARI et al., 2022). Recentemente, houve vários relatos na literatura de genes relacionados ao metabolismo em vírus, o que lhes dá o potencial de regulá-lo ativamente com os seus próprios genes (BLANC-MATHIEU et al., 2021; PANT et al., 2021). Esses genes são relacionados com a fotossíntese, ciclo do ácido carboxílico (TCA, em inglês), via das pentoses-fosfato, glicólise, entre outros processos (BELHAOUARI et al., 2022; BLANC-MATHIEU et al., 2021; MONIRUZZAMAN et al., 2020; 2023; NEEDHAM et al., 2019; SUN et al., 2020). Neste trabalho, foi analisado Yaravirus brasiliense, um vírus de oitenta nanômetros que infecta amebas e possui um dsDNA de 44,924 bp. Apesar do seu genoma possuir 74 proteínas previstas, quase todas são ORFans, sequências codificadoras com poucos ou nenhum homólogo em bancos de dados genéticos públicos, dificultando o conhecimento da sua origem ou função (YIN, FISCHER, 2008). Nenhuma das proteínas do yaravírus apresentam similaridade com sequências conhecidas a nível de nucleotídeo e só seis tiveram similaridades distantes ao nível de aminoácido. Como o Yaravirus é tão diferente de outros vírus de ameba descritos, foi colocado em sua própria família, Yaraviridae, no realm existente Varidnaviria e reino Bamfordvirae (BORATTO et al., 2020; 2022). Assim, considerando seu conteúdo genético sem precedentes, este trabalho analisou o genoma do yaravírus utilizando metodologia de threading. Esse projeto buscou caracterizar o proteoma de Yaravirus brasiliense, a organização do seu genoma e a sua interação com o hospedeiro. Metodologia O genoma de Yaravirus brasiliense está publicado no banco de dados da NCBI (SAYERS et al., 2022). O genoma utilizado será a versão de 2023 (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/nuccore/NC_076895.1) (BORATTO et al., 2020). Todas as setenta e quatro sequências proteicas foram modeladas no I-TASSER (https://zhanggroup.org/I-TASSER/), que é um programa baseado em threading (YANG, ZHANG, 2015; ZHENG et al., 2021; ZHOU et al., 2022a). Para um entendimento mais profundo dos ligantes, foi utilizado COACH (https://zhanggroup.org/COACH/) (YANG et al., 2013a; 2013b). Para visualização de proteínas, foi utilizado Swiss-Pdb Viewer (https://swissmodel.expasy.org/) (GUEX, PEITSCH, 1997). Análises de splicing foram feitas para identificar sítios de splicing e de splicing alternativo. As ferramentas utilizadas foram: DeepGenGrep, um preditor baseado em deep learning (LIU et al., 2022); GENSCAN, um modelo probabilístico para identificar locais de splicing através de sequências completas de éxon/íntron (BURGE, KARLIN, 1997); SAPFIR, uma ferramenta de splicing alternativo que liga sítios de splicing alternativo a características proteicas, como domínios funcionais, motivos e locais (ZHOU et al., 2022b); NetGene2, uma ferramenta baseada em redes neurais artificiais que prevê regiões de transição entre íntrons e éxons para encontrar sítios de splicing (BRUNAK et al., 1991; HEBSGAARD et al., 1996) e NetAspGene 1.0, uma ferramenta que utiliza single local networks para predizer locais de splicing no gênero Aspergillus, cujas sequências têm íntrons menores que a média (WANG et al., 2009). Resultados e discussão Ao analisar similaridades estruturais, observamos que 58 das proteínas codificadas tinham a mesma função que pelo menos uma outra proteína, então fizemos alinhamentos estruturais entre as proteínas do yaravírus e proteínas similares do Protein Data Bank (PDB). Os resultados mostraram que diferentes proteínas que apresentavam similaridades com a mesma função eram estruturalmente alinhadas em diferentes partes das mesmas proteínas depositadas no PDB, sugerindo que essas pequenas proteínas poderiam estar dimerizando para restabelecer a função predita. Nós conseguimos montar 26 proteínas compostas de pelo menos duas proteínas do yaravírus da mesma função. Assim como no caso da sobreposição de genes, o proteoma fragmentado permite mais proteínas no pequeno genoma no capsídeo limitado, mas também pode levar à restrição evolutiva, visto que diferentes proteínas funcionais passariam por pressões seletivas distintas (MIZOKAMI et al., 1997; BRANDES, LINEAL, 2016). Ainda assim, os módulos distintos permitem mais possibilidades de combinações. Sabe-se que estruturas secundárias de proteínas são dependentes de contexto, sendo o resultado de preferências de conformação, como interações terciárias (MINOR, KIM, 1996). Além disso, proteínas virais que mudam de conformação já foram descritas na literatura, como a proteína VP40 do vírus Ebola, que possui três montagens funcionais diferentes: dímero, hexâmero e octâmero (BORNHOLDT et al., 2013). Desta maneira, é possível que quando esses módulos estão sozinhos, eles desempenham uma função específica, mas quando são parte de uma proteína maior, combinados com outras cadeias, desempenham funções diferentes. Esse mecanismo sugere flexibilidade da informação genética viral, já que essa combinação permite novas funções enquanto mantém o mesmo comprimento do genoma, aumentando o repertório de proteínas virais. Essas novas funções podem estar relacionadas não só a proteínas virais necessárias, que são, geralmente, as de replicação, mas também proteínas relacionadas a estratégias para influenciar a fisiologia do hospedeiro durante a infecção, contribuindo para uma maior autonomia viral (SHI, LAI, 2005; MONIRUZZAMAN et al., 2023). Quando os vírus manipulam a resposta do hospedeiro, podem simplesmente recalibrar vias celulares ou até ter genes homólogos aos do hospedeiro (ROSENWASSER et al., 2016). O caso relatado aqui e descrito frequentemente em vírus gigantes (NEEDHAM et al., 2019; MONIRUZZAMAN et al., 2020; BLANC-MATHIEU et al., 2021; SUN et al., 2020; BELHAOUARI et al., 2022) é de genes virais auxiliares do metabolismo que são diferentes daqueles do hospedeiro. Dessa maneira, não é apenas influenciar a fisiologia do hospedeiro ou suplementar as demandas metabólicas, mas, na verdade, uma estratégia evolutiva para aumentar autonomia já que os vírus desenvolvem novas capacidades relacionadas ao metabolismo. Dada a semelhança estrutural entre dez proteínas do yaravírus (seis únicas e quatro “montadas”) e proteínas relacionadas ao ciclo do ácido cítrico, ciclo do glioxilato e a cadeia transportadora de elétrons, é possível que esses ORFans realizam essas funções. Em condições de laboratório, o yaravírus atrai mitocôndrias para a fábrica viral, talvez por manipulação dessas vias metabólicas (BORATTO et al., 2020). O ciclo do ácido cítrico (TCA, em inglês) é uma série de reações enzimáticas exergônicas, conectado à cadeia transportadora de elétrons no complexo II. O genoma do yaravirus tem proteínas relacionadas a todos os 4 complexos, que podem estar regulando-os positivamente para aumentar a produção de energia. Além disso, yaravírus tem proteínas relacionadas a malato desidrogenase, citrato sintase, PEP-carboxilase, isocitrato liase, malato sintase e fumarase. Os pontos de controle do TCA são as três fases exergônicas (aquelas catalisadas por citrato sintase, isocitrato desidrogenase e alfa-cetoglutarato desidrogenase). À medida que o vírus estimula o ciclo para sua replicação, os pontos de controle eventualmente atingem um limite e são ativados. Neste ponto, a malato desidrogenase e a citrato sintase do yaravirus manteriam a reação de malato a oxaloacetato a citrato funcionando, e, simultaneamente, a PEP-carboxilase também manteriam os níveis de oxaloacetato. A presença de isocitrato liase (converte isocitrato a glioxilato a succinato), succinato desidrogenase (converte succinato a fumarato) e fumarase (converte fumarato a malato) mantêm malato disponível. Esse não é o primeiro relato de vírus que aumentam os níveis de intermediários do metabolismo (SOROURI et al., 2022). O citomegalovírus humano (HCMV) aumenta níveis de substratos do TCA, enquanto o herpes simplex vírus tipo 1 (HSV-1) usa uma piruvato carboxilase para gerar intermediários do TCA (VASTAG et al., 2022). Vaccinia virus (VACV) também aumentam níveis de intermediários desse ciclo, especialmente citrato (PANT et al., 2021). O adenovírus humano (HAdV-2) causa mudanças nas vias para aumentar a produção de intermediários do TCA em 1.5 vezes, e regula positivamente certas proteínas deste ciclo (CARINHAS et al., 2017; GUISSONI et al., 2018; SÁNCHEZ-GARCÍA, 2021). Dessa maneira, propomos que as proteínas do Yaravírus estão redirecionando energia e recursos para a produção de partículas virais, evitando os pontos de controle do ciclo de Krebs, “desbloqueando” o ciclo. Conclusões Neste trabalho, nós sugerimos funções para as 74 proteínas do yaravírus, ajudando a entender melhor um vírus previamente quase completamente desconhecido, além de ser o primeiro relato de um proteoma fragmentado. Nosso trabalho também permite hipotetizar que essas proteínas virais modulam o metabolismo celular ao regular positivamente certas enzimas para produção de energia para replicação viral. É importante que haja validação experimentação desse estudo.

Título do Evento: III Simbiotec
Cidade do Evento: João Pessoa
Título dos Anais do Evento: Anais do Simbiotec
Nome da Editora: Even3
Meio de Divulgação: Meio Digital

Como citar

ALVES, Ana Karoline da Nóbrega Nunes; ABRAHÃO, Jônatas Santos; FARIAS, Sávio Torres de. UM VÍRUS PREVIAMENTE DESCONHECIDO EVITA PONTOS DE CONTROLE DO CICLO DE KREBS.. In: Anais do Simbiotec. Anais...João Pessoa(PB) UFPB, 2024. Disponível em: https//www.even3.com.br/anais/iii-simbiotec-427979/842521-UM-VIRUS-PREVIAMENTE-DESCONHECIDO-EVITA-PONTOS-DE-CONTROLE-DO-CICLO-DE-KREBS. Acesso em: 02/06/2025