Curva Z

O método da Curva Z (ou Curva-Z ) é um algoritmo de bioinformática para análise do genoma . A Curva-Z é uma curva tridimensional que constitui uma representação única de uma sequência de DNA, ou seja, para dadas Curva-Z e sequência de DNA, ambas podem ser reconstruídas univocamente a partir da outra .^[1] A curva resultante tem uma forma em ziguezague, daí o nome Curva-Z.

Fundamentação

O método da Curva Z foi criado em 1994 como uma forma de mapear visualmente uma sequência de DNA ou RNA. Diferentes propriedades da Curva Z, como sua simetria e periodicidade, podem fornecer informações únicas sobre a sequência de DNA.^[2] A curva Z é gerada a partir de uma série de nós: P₀, P₁..P_N, com as coordenadas x_n, y_n e z_n (n = 1, 2...N, sendo N o comprimento da sequência de DNA). A Curva Z é criada conectando-se cada um dos nós sequencialmente.^[3]

$x_{n} = (A_{n} + G_{n}) - (C_{n} + T_{n})$

$y_{n} = (A_{n} + C_{n}) - (G_{n} + T_{n})$

$z_{n} = (A_{n} + T_{n}) - (C_{n} + G_{n})$

$n = 0, 1, 2, . . . N$

Aplicações

Informações sobre a distribuição de nucleotídeos em uma sequência de DNA podem ser determinadas a partir da Curva Z. Os quatro nucleotídeos são combinados em seis categorias diferentes. Os nucleotídeos são atribuídos a cada categoria de acordo com alguma característica e cada categoria é designada por uma letra.^[4]

Purina	R = A, G	Amino	M = A, C	Ligações de hidrogênio fracas	W = A, T
Pirimidina	Y = C, T	Ceto	K = G, T	Ligações de hidrogênio fortes	S = G, C

Os componentes x, y e z da Curva Z mostram a distribuição de cada uma dessas categorias de bases para a sequência de DNA em estudo. O componente x representa a distribuição de bases de purinas e pirimidinas (R/Y). O componente y mostra a distribuição das bases amino e ceto (M/K) e o componente z mostra a distribuição ligações de hidrogênio fortes e fracas (S/W) na sequência de DNA.^[5]

O método da Curva Z tem sido usado em muitas áreas diferentes da pesquisa genômica, como identificação de origem de replicação^[6]^[7]^[8]^[9], predição de genes ab initio^[10], identificação de isócoros^[11], identificação de ilhas genômicas^[12] e genômica comparativa.^[13] A análise da Curva Z também mostrou-se capaz de prever se um gene contém íntrons.^[14]

Pesquisa

Experimentos mostraram que a Curva Z pode ser usada para identificar a origem de replicação em vários organismos. Um estudo analisou a Curva Z de várias espécies de Archaea e descobriu que o oriC está localizado em um pico acentuado da curva seguido por uma ampla base. Esta região era rica em bases AT e tinha múltiplas repetições, o que é esperado para locais de origem de replicação.^[8] Este e outros estudos similares foram usados para gerar um programa capaz de prever as origens de replicação a partir da Curva Z.

A curva Z também tem sido usada experimentalmente para determinar relações filogenéticas. Em um estudo, um novo coronavírus na China foi analisado usando análise de sequência e o método da Curva Z para determinar sua relação filogenética com outros coronavírus. Foi determinado que semelhanças e diferenças em espécies próximas podem ser rapidamente determinadas examinando visualmente suas curvas Z. Um algoritmo foi criado para identificar o centro geométrico e outras tendências nas Curvas Z de 24 espécies de coronavírus. Os dados foram usados para criar uma árvore filogenética. Os resultados corresponderam à árvore gerada através da análise de sequência. O método da Curva Z provou ser superior porque, enquanto a análise de sequência cria uma árvore filogenética baseada apenas em sequências de codificação no genoma, o método da Curva Z analisou o genoma inteiro.^[15]

Referências

Ligacões externas

O banco de dados da curva Z (inglês)
Predefinição:Citar web (inglês) — um programa Web gratuito para prever "origens de replicação" usando Curvas Z.
Explorador de threads ENCODE (inglês) Conexões tridimensionais em todo o genoma. Natureza (revista)
ZCurve (inglês)
Introdução às Curvas Z. (inglês)http://tubic.tju.edu.cn/zcurve/introduce.php
Identifique os Locais de Início dos Genes usando Curvas Z. (inglês) http://tubic.tju.edu.cn/GS-Finder/

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