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Título: Análise comparativa in sílico da proteína SMN funcional e SMNΔ7: contribuições para o entendimento da atrofia muscular espinhal (AME)
Título(s) alternativo(s): In silico comparative analysis of functional SMN protein and SMNΔ7: contributions to the understanding of spinal muscular atrophy (SMA)
Autor(es): Lopes, Bruna Milena Rodrigues
Orientador(es): Bittencourt, Juliana Vitoria Messias
Palavras-chave: Atrofia muscular
Neurônios
Proteínas
Bioinformática
Modelagem
Simulação (Computadores)
Atrophy, Muscular
Neurons
Proteins
Bioinformatics
Modeling
Computer simulation
Data do documento: 27-Jun-2025
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Ponta Grossa
Citação: LOPES, Bruna Milena Rodrigues. Análise comparativa in sílico da proteína SMN funcional e SMNΔ7: contribuições para o entendimento da atrofia muscular espinhal (AME). 2025. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia de Bioprocessos e Biotecnologia) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Ponta Grossa, 2025.
Resumo: A Atrofia Muscular Espinhal (AME) é uma doença genética neurodegenerativa causada por mutações ou deleções no gene SMN1, resultando na produção insuficiente da proteína de sobrevivência do neurônio motor (SMN), essencial para a manutenção dos motoneurônios. Apesar da existência do gene parálogo SMN2, este majoritariamente origina uma isoforma truncada da proteína (SMNΔ7), instável e funcionalmente comprometida. Diante disso, este trabalho propôs uma análise comparativa in sílico entre as isoformas SMN funcional (proveniente do SMN1) e SMNΔ7 (derivada do SMN2), com o objetivo de investigar as diferenças estruturais que contribuem para a instabilidade da isoforma truncada e sua relação com a fisiopatologia da AME. Foram utilizadas ferramentas bioinformáticas como UniProt e NCBI para a obtenção das sequências primárias, Clustal Omega para alinhamento, modelos preditos pelo AlphaFold para modelagem estrutural, PSIPRED para predição de estruturas secundárias e PyMOL para análise tridimensional detalhada. Também foram aplicadas as ferramentas DISOPRED3, DMPFold, DomPred, KFERQ Finder e cNLS Mapper para avaliar regiões de desordem estrutural, domínios funcionais, sinalizadores de degradação por autofagia mediada por chaperonas e sinais de transporte nuclear. Os resultados demonstraram perdas estruturais importantes na isoforma SMNΔ7, como a ausência do domínio C-terminal YG-box, relevante para oligomerização e estabilidade da proteína, e a redistribuição de resíduos de prolina com possível implicação no reconhecimento para degradação proteossomal. A análise revelou ainda uma diferença inesperada na sequência final da isoforma truncada, com a adição de quatro aminoácidos não presentes na isoforma funcional, sugerindo alteração no códon de parada ou na via de leitura. Tais alterações contribuem significativamente para a instabilidade da SMNΔ7, reforçando o papel estrutural da proteína na patogênese da AME. Conclui-se que a bioinformática aplicada ao estudo da estrutura proteica constitui uma ferramenta valiosa para a compreensão dos mecanismos moleculares envolvidos em doenças genéticas, como a AME, contribuindo com subsídios teóricos relevantes para o desenvolvimento de estratégias terapêuticas baseadas na restauração da estabilidade da proteína SMN. Contudo, ressalta-se que essas abordagens computacionais apresentam limitações inerentes, sendo fundamental sua complementação com experimentações laboratoriais específicas, a fim de validar e aprofundar os achados obtidos in sílico. O uso integrado entre modelagem computacional e análise experimental representa, portanto, um caminho promissor e necessário para a elucidação mais robusta de processos biológicos complexos.
Abstract: Spinal Muscular Atrophy (SMA) is a genetic neurodegenerative disease caused by mutations or deletions in the SMN1 gene, resulting in insufficient production of the motor neuron survival protein (SMN), essential for the maintenance of motor neurons. Despite the existence of the paralogous SMN2 gene, this gene mostly produces a truncated isoform of the protein (SMNΔ7), which is unstable and functionally compromised. Therefore, this work proposed an in silico comparative analysis between the functional SMN isoforms (derived from SMN1) and SMNΔ7 (derived from SMN2), aiming to investigate the structural differences that contribute to the instability of the truncated isoform and its relationship with the pathophysiology of SMA. Bioinformatics tools such as UniProt and NCBI were used to obtain primary sequences, Clustal Omega for alignment, AlphaFold predicted models for structural modeling, PSIPRED for secondary structure prediction, and PyMOL for detailed three-dimensional analysis. The DISOPRED3, DMPFold, DomPred, KFERQ Finder, and cNLS Mapper tools were also applied to evaluate regions of structural disorder, functional domains, chaperone-mediated autophagy degradation signals, and nuclear transport signals. The results demonstrated important structural losses in the SMNΔ7 isoform, such as the absence of the C-terminal YG-box domain, relevant for protein oligomerization and stability, and the redistribution of proline residues with possible implications for recognition for proteasomal degradation. The analysis also revealed an unexpected difference in the final sequence of the truncated isoform, with the addition of four amino acids not present in the functional isoform, suggesting a change in the stop codon or reading frame. These alterations significantly contribute to the instability of SMNΔ7, reinforcing the structural role of the protein in the pathogenesis of SMA. We conclude that bioinformatics applied to protein structure studies constitutes a valuable tool for understanding the molecular mechanisms involved in genetic diseases, such as SMA, contributing relevant theoretical insights for the development of therapeutic strategies based on restoring SMN protein stability. However, it is important to emphasize that these computational approaches have inherent limitations, and their complementation with specific laboratory experiments is essential to validate and further develop the findings obtained in silico. The integrated use of computational modeling and experimental analysis therefore represents a promising and necessary path for a more robust elucidation of complex biological processes.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/37866
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