Identification of biological characteristics associated with RNA-binding proteins (RBPs) target sites

Autor(es)

Felipe Eduardo Ciamponi

• Tipo de documento: Dissertação de Mestrado
• Imprenta: Campinas, SP.
• Instituição: Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Instituto de Biologia
• Data de defesa: 2018-02-16

Membros da banca

Katlin Brauer Massirer; Marcelo Alves Mori; Paulo Sérgio Lopes de Oliveira

• Orientador: Katlin Brauer Massirer

Resumo

Parte 1: Artigo ¿ BioFeatureFinder: Flexible, unbiased analysis of biological characteristics associated with genomic regions BioFeatureFinder (BFF) avalia regiões genômicas de interesse (incluindo exons alternativos, sítios de ligação de proteínas, elementos funcionais no gene/transcrito) para identificar características biológicas distintas (conteúdo de nucleotídeos, conservação, k-mers, estrutura secundária, sítios de ligação de proteínas e outros). BFF usa um modelo fundamental flexível, combinando testes estatísticos clássicos com estratégias de aprendizado de máquina e "big data", utilizando de milhares de características para interpretar rótulos de categorias em conjuntos de intervalos genômicos ou escalas numéricas a partir de grafos. Nossos resultados mostram que o BFF proporciona uma plataforma confiável para analises de conjuntos de dados de larga-escala, sendo capaz de recuperar diversas características conhecidas da literatura para proteínas de ligação a RNA, bem como identificar novas associações para 112 conjuntos de dados de eCLIP-seq. BioFeatureFinder está disponível em: https://github.com/kbmlab/BioFeatureFinder/. Parte 2: Identificatificação de mRNAs-alvo e características dos sítios de ligação para a proteína de ligação ao RNA Caprin-1 usando eCLIP-seq Grânulos de stress são agregados de proteínas e RNAs encontrados no citoplasma das células, em geral produzidos em resposta uma forma de stress (ex. Hipóxia, infecções virais, privação de nutrientes e choques térmicos). No entanto, diversas doenças neurodegenerativas, como esclerose lateral amiotrófica e Alzheimer, já foram associadas com inclusões patogênicas desses agregados que geram consequências nocivas para a célula. Dentre as proteínas presentes no granulo de stress o complexo G3BP1-CAPRIN1-USP10 é essencial para a condensação do granulo e sua associação com subunidades ribossomais, sendo que a expressão ectópica de CAPRIN1 é suficiente para induzir a formação desses agregados. Apesar dos mecanismos moleculares associados aos grânulos não estarem completamente elucidados, as principais funções propostas para estas estruturas são: a proteção dos RNAs de situações danosas, degradação de mRNAs alvo, seleção da tradução de mRNAs de resposta a stress e reprogramação da expressão gênica (transcriptoma). Para caracterizar os mRNAs-alvo de Caprin-1 nos grânulos de stress, utilizamos da combinação de técnicas de CLIP-seq, RIP-seq e RNA-seq para determinar os sítios de ligação que Caprin-1 apresenta nos alvos, bem como quais classes funcionais de transcritos estão enriquecidas nesse tipo de amostra. Nossas análises revelaram que Caprin-1 apresenta uma preferência de ligação por regiões organizadas em forma de "stemloops" na estrutura secundária do mRNA. Adicionalmente, essas regiões estão enriquecidas em repetições "GG", que podem sugerir a formação de estruturas secundárias do tipo G-quadruplex, sendo mais estáveis para o nosso modelo encontrado que os loops. Do ponto de vista funcional, encontramos que os alvos identificados pelo CLIP-seq estão enriquecidos em transcritos codantes para proteínas da ligação ao RNA, associadas principalmente com processos catabólicos e controle do ciclo celular. Adicionalmente, comparamos as categorias enriquecidas com alterações preditas nas vias metabólicas obtidas a partir do RNA-seq, encontrando 19 vias que estão simultaneamente alteradas após expressão ectópica de Caprin-1 e enriquecidas nos alvos ligados a proteína nos grânulos de stress. Por fim, identificamos que sítios de ligação associados a Caprin-1, encontramos que estes apresentam uma tendência a apresentarem mais sítios de ligação microRNAs e estão associados também a outra proteina de ligação ao RNA chamada PUM2. Em conjunto, esses dados nos permitiram coletar informações importantes em relação ao papel da Caprin-1 nos grânulos de stress, tanto no campo de seleção de alvos de ligação bem como nas alterações funcionais decorrentes da expressão ectópica desta proteína. Nossos achados corroboram, com novas abordagens, alguns dados já sugeridos anteriormente pela literatura bem como propondo novos mecanismos que não haviam sido descritos previamente para esse modelo (AU)

• Processo FAPESP: 15/25134-5 - Implementação computacional das análises de CLIP-seq para determinação de mRNAs-alvo e sítios de ligação da proteína Caprin-1
• Beneficiário: Felipe Eduardo Ciamponi
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Mestrado