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Master's Dissertation
DOI
10.11606/D.46.2010.tde-26042010-134105
Document
Author
Full name
Gustavo Starvaggi França
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2009
Supervisor
Committee
Souza, Sandro José de (President)
Gueiros Filho, Frederico José
Meyer, Diogo
Title in Portuguese
História evolutiva de exon shuffling em eucariotos
Keywords in Portuguese
Domínios
Evolução
Exon shuffling
Genoma
Introns
Matriz extracelular
Metazoários
Abstract in Portuguese
Exon shuffling foi primeiramente proposto por Walter Gilbert em 1978 como um mecanismo em que exons de diferentes genes podem ser combinados, levando à formação de novos genes. O mecanismo de exon shuffling é favorecido por recombinações intrônicas e está correlacionado com a simetria de exons. Evidências deste mecanismo provém de análises de combinações de fases de introns, correlações entre bordas de exons e de domínios protéicos e da recorrência de domínios em diversas proteínas. Dessa forma, a evolução de proteínas formadas por exon shuffling pode ser inferida considerando a organização exon-intron dos genes, o padrão de combinações de fases de introns e a organização de domínios nas proteínas. Neste sentido, regiões protéicas que possivelmente foram originadas por eventos de exon shuffling foram identificadas através de análises em larga escala em diferentes espécies eucarióticas. A estratégia foi baseada no alinhamento entre todas as proteínas anotadas de uma determinada espécie e a verificação da presença de introns e suas respectivas fases em torno das regiões alinhadas. Nós verificamos que eventos de exon shuffling em eucariotos antigos, de origem anterior aos Metazoa, são predominantemente simétricos 0-0, enquanto nos metazoários a predominância é de unidades simétricas 1-1. Esses dados confirmam idéias anteriores de que a transição para a multicelularidade animal foi marcada pelo embaralhamento extensivo de exons e domínios 1-1. O metazoário basal Trichoplax adhaerens pode ser considerado um representante desta transição, evidenciada pelas freqüências balanceadas de regiões simétricas 0-0 e 1-1. O sinal de flanqueamento por introns em torno das bordas de domínios protéicos confirmou os resultados obtidos através dos alinhamentos, com a prevalência de domínios 0-0 em não metazoários e 1-1 em metazaoários. Um agrupamento hierárquico de domínios flanqueados por introns foi construído, permitindo identificar domínios ou grupos de domínios com evidência de expansões em períodos específicos, como nos vertebrados. Por fim, os genes envolvidos em eventos de exon shuffling foram analisados quanto ao enriquecimento em termos do Gene Ontology. Os resultados indicaram que este mecanismo contribuiu significativamente para a formação de genes relacionados com uma grande diversidade de termos, alguns dos quais envolvidos diretamente com características de metazoários e vertebrados, tais como matriz extracelular, adesão, coagulação sangüínea, processos do sistema imune e sistema nervoso
Title in English
Evolutionary history of exon shuffling in eukaryotes
Keywords in English
Domains
Evolution
Exon shuffling
Extracellular matrix
Genome
Introns
Metazoans
Abstract in English
Exon shuffling was first proposed by Walter Gilbert in 1979 as a mechanism in which exons from different genes could be combined to lead the creation of new genes. The mechanism of exon shuffling is favored by intronic recombinations and it is correlated with symmetry of exons. Evidence of this mechanism come from analyses of intron phase combinations, correlations between the borders of exons and domains and domain recurrence in several proteins. Taking this into account, the evolution of proteins formed by exon shuffling can be inferred regarding the exonintron organization of the genes, the pattern of intron phase combinations and the protein domain organization. In this sense, protein regions that were probably arose by exon shuffling events were identified through a large scale analysis in several eukaryotic species. The strategy was based on alignments between all annotated proteins from a given species. Then, the aligned regions were verified in respect with intron phase combinations surrounding them. We have found that exon shuffling events in early eukaryotes are preferentially symmetric of phase 0, while in metazoans, the preference is for 1-1 symmetric units. These data confirms previous ideas that the transition to animal multicellularity was marked by extensive 1-1 exon shuffling. The basal metazoan Trichoplax adhaerens is a representative of this transition, evidenced by the balanced frequencies of 0-0 and 1-1 symmetric regions. The signal of intron flanking around the borders of protein domains corroborated previous analyses, showing that non metazoans have higher frequencies of 0-0 domains and metazoans have higher frequencies of 1-1 domains. A hierarchical clustering of domains flanked by introns was built, allowing us to identify domains or groups of domains with evidence of expansions during specific periods, such as in vertebrates. Finally, genes involved in exon shuffling events were analyzed regarding the Gene Ontology enriched terms. The results indicated that this mechanism significantly contributed to the creation of genes related with a large diversity of terms, some of them are directly involved with features of metazoans and vertebrates, such as extracellular matrix, cell adhesion, blood coagulation and immune and nervous system processes
 
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Publishing Date
2010-05-19
 
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