Analogia funcional no metabolismo humano: enzimas com distintos papéis biológicos ou redundância funcional?

Abstract

Uma vez que as enzimas catalisam quase todas as reações químicas que ocorrem nos organismos vivos, é crucial que os genes que codificam essas atividades sejam corretamente identificados e funcionalmente caracterizados. Estudos sugerem que a fração de atividades enzimáticas em que múltiplos eventos de origem independente ocorreram durante a evolução é substancial. Questões como qual a origem das enzimas análogas, por que tantos eventos de origem independente aparentemente ocorreram durante a evolução, e quais são os motivos da co-ocorrência no mesmo organismo de formas enzimáticas distintas que catalisam a mesma reação, permanecem sem resposta. Além disso, várias enzimas isofuncionais ainda não são reconhecidas como não-homólogas, mesmo com evidências indicando diferentes histórias evolutivas. Neste trabalho, propusemos investigar o papel biológico e evolutivo da existência de análogos funcionais intragenômicos em vias metabólicas na espécie humana. Foram encontradas evidências de enzimas isofuncionais nãohomólogas catalisando reações anotadas em 15 atividades enzimáticas Essas atividades enzimáticas estão associadas com nove vias/processos biológicos. Dessa forma, levantamos a hipótese de que 70 genes codificadores de enzimas análogas não deveria ser interpretada como redundância funcional, uma vez que estas enzimas análogas intragenômicas poderiam estar envolvidas em papéis biológicos distintos. Para testar esta hipótese, nós comparamos o perfil de transcrição desses genes que codificam o repertório de enzimas análogas intragenômicas catalogadas no metabolismo humano, utilizando dados RNA-Seq obtidos a partir de 8.555 amostras de 53 diferentes tecidos humanos saudáveis, publicamente disponíveis, além de identificar miRNAs que possivelmente estivessem envolvidos na modulação da expressão dos genes codificadores de enzimas análogas estudados, bem como reunimos informações sobre as localizações subcelulares destas enzimas. Os resultados das análises comparativas dos perfis de expressão, redes de interação com miRNAs e localização subcelular parecem refutar a hipótese sobre redundância funcional, já que existem distintos reguladores, localizações subcelulares e alternância no padrão de expressão dos genes codificadores de enzimas análogas catalisando uma determinada reação.