Sequenciação de Ribossomas para Explorar o Transcriptoma e o Translatoma na Pesquisa de Doenças Cardíacas Humanas

A tradução é o processo em que o ribossoma lê o molde de mRNA para guiar a síntese de proteínas, sendo o passo chave da expressão génica. Perfilagem de ribossomas (Ou Ribo-seq) é uma ferramenta baseada em sequenciação profunda que permite a medição detalhada da tradução de forma global e in vivo, sendo um estudo do processo de tradução de RNA para proteína. Este método de sequenciação fornece a primeira metodologia sistemática para a anotação da região codificadora experimental, descobrindo assim a regulação da expressão génica de uma variedade de processos biológicos complexos, aspectos importantes do mecanismo de síntese de proteínas e até mesmo novas proteínas. A sequenciação destes fragmentos protetores ribossomais fornece, portanto, um registo preciso da posição ribossomal no momento da tradução. A distribuição das impressões digitais ribossomais pode fornecer insights sobre os mecanismos de controlo da tradução (por exemplo, pode ser utilizada para identificar pausas regulatórias na tradução e estruturas de leitura abertas a montante para a tradução). Neste momento, tal sequenciação tem sido amplamente utilizada na investigação de grupos de tradução.

As forças da sequenciação ribossómica

(1) Proporciona uma ampla gama dinâmica de deteção e quantificação da tradução em células não perturbadas.

(2) Fornece informações posicionais únicas, ricas e precisas.

A natureza instantânea da informação recolhida reflete um instantâneo da tradução.

(4) Avanços analíticos que permitem uma identificação mais abrangente de outros eventos de tradução não canónicos continuarão a expandir a nossa compreensão da capacidade de codificação de proteínas de genomas complexos.

(5) A sensibilidade e a resolução podem medir o comportamento ribossómico em transcritos específicos numa população celular única, e a resolução pode alcançar um único códon.

Ribo-seq para estudar a translatómica de cardiomiócitos hipertróficos

O crescimento hipertrófico dos cardiomiócitos é uma das principais respostas compensatórias no coração após estimulação fisiológica ou patológica. A síntese proteica aumentada mediada pela tradução de RNA mensageiro é uma das principais características da hipertrofia cardíaca. No entanto, o mecanismo desta indução a nível da tradução ainda precisa ser determinado. Recentemente, os investigadores analisaram o corpo de tradução do coração através de sequenciação profunda de Ribo-seq e RNA-seq. Os dados mostraram que o aumento da eficiência da síntese proteica na hipertrofia de cardiomiócitos induzida por PE se deve principalmente ao aumento do número de ribossomos, como evidenciado pelo aumento da tradução dos genes de proteínas ribossomais. Este estudo fornece uma visão completa do controle da tradução por trás da hipertrofia cardíaca através da sequenciação de ribossomos e demonstra o papel não reconhecido dos micro-peptídeos na biologia celular cardíaca.

Deteção dos fragmentos de RNA em tradução ativa a partir de cardiomiócitos hipertróficos

A perfuração de ribossomas revela os princípios do controlo da tradução no coração humano.

A regulação da tradução é um componente chave da expressão genética, mas sabemos pouco sobre o seu papel no coração humano. Os translatomas a nível do genoma podem ser caracterizados utilizando o perfilamento de ribossomas, que captura as impressões digitais de mRNA protegidas por ribossomas em tradução. Os investigadores analisaram os translatomas de 80 corações humanos para identificar novos eventos de tradução e quantificar o efeito da regulação translacional através de mRNA-seq e ribo-seq. Este estudo identificou centenas de microproteínas previamente indetectadas e sugere papéis ainda não descobertos destas microproteínas ou a sua envolvência em funções biológicas atribuídas ao lncRNA. Além disso, foram encontradas 40 moléculas de circRNA traduzíveis ao analisar a sequência da interface do circRNA capturada por ribossomas nos dados de ribo-seq. Entre elas, circCFLAR, circSLC8A1, circMYBPC3 e circRYR2 são as primeiras moléculas de circRNA traduzíveis encontradas no miocárdio.

Análise de ribo perfilagem de moléculas de circRNA traduzíveis

A perfuração de ribossomas tornou-se rapidamente uma ferramenta amplamente utilizada para compreender problemas biológicos diversos e complexos, com uma variedade de aplicações, desde uma ferramenta proteómica ampla até uma sonda específica da tradução em um ambiente in vivo. A aplicação da análise de ribossomas no grupo de tradução pode descrever de forma precisa e quantitativa o que as células estão traduzindo, como a tradução é regulada e o tempo e o lugar da tradução. A natureza rica e quantitativa dos dados de ribo-seq oferece uma oportunidade sem precedentes para explorar e simular processos de tradução complexos. Acreditamos que a perfuração de ribossomas proporcionará recursos valiosos para uma compreensão aprofundada da doença cardíaca humana e dos seus múltiplos potenciais mecanismos.

Referências:

1. VanInsberghe, Michael et al. "O Ribo-seq de célula única revela a pausa translacional dependente do ciclo celular." Natureza vol. 597,7877 (2021): 561-565.
2. Brar, Gloria A, e Jonathan S Weissman. "O perfilamento de ribossomas revela o quê, quando, onde e como da síntese de proteínas." Nature Reviews. Biologia celular molecular vol. 16,11 (2015): 651-64.
3. Yan, Youchen et al. "O panorama da tradução cardíaca revela que os micropeptídeos são novos intervenientes envolvidos na hipertrofia dos cardiomiócitos." Terapia Molecular: o jornal da Sociedade Americana de Terapia Génica vol. 29,7 (2021): 2253-2267.
4. van Heesch, Sebastiaan et al. "O Panorama Translacional do Coração Humano." Volume celular. 178,1 (2019): 242-260.e29.