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Type: Tese
Title: Modelagem e decomposição de redes de cCoevolução de aminoácidos: aplicações em determinação de especificidade e anotação de proteínas
Authors: Neli Jose da Fonseca Junior
First Advisor: Lucas Bleicher
First Referee: Laila Alves Nahum
Second Referee: Richard Charles Garratt
Third Referee: José Miguel Ortega
metadata.dc.contributor.referee4: José Ribamar dos Santos Ferreira Jr
Abstract: Estudos de evolução molecular computacional são geralmente conduzidos a partir de alinhamentos múltiplo de sequências homólogas, no qual sequências possivelmente originadas por um ancestral comum são alinhadas de forma que aminoácidos equivalentes ocupem a mesma posição. Padrões de conservação de resíduos em um alinhamento, ou em um subconjunto de suas sequências, podem ser informativos por sugerirem posições sob seleção e restrição evolutiva. A maioria dos métodos propostos para identificação de determinantes de especificidade são focados em posições, logo, acabam ignorando os padrões de determinante para uma subfamília, porém variável no alinhamento como um todo. Além disto, boa parte deles também requerem algum tipo de conhecimento a priori das famílias analisadas, como lista de subfamílias ou árvores filogenéticas. Neste trabalho foi desenvolvido uma metodologia baseado em ciências das redes, com objetivo de identificar grupos de resíduos funcionalmente relacionados. A metodologia foi inicialmente validada a partir de conjunto de dados artificiais e posteriormente aplicada a quatro famílias de proteínas reais. Em todos os casos foram obtidos grupos de resíduos determinantes de especificidade para diversas subclasses funcionais. Estes dados foram posteriormente utilizados como estimadores para uma máquina de suporte de vetores (SVM) que foi capaz de classificar corretamente até mesmo subclasses, a quais nenhum resíduo específico foi identificado. A classificação foi também aplicada às GPCRs órfãs gerando novas hipóteses a respeito das classes funcionais destas sequências. Um sistema web foi desenvolvido com o objetivo de promover e facilitar as analises utilizando as metodologias propostas neste projeto. Além disto, foi desenvolvido um banco de dados de sítios determinantes de especificidades contendo analises previamente calculadas com conjunto de dados obtidos pelo Pfam. Este banco, além de também produzir uma serie de relatórios dinâmicos e intuitivos, possui também uma REST API que permite que estes dados sejam acessados programaticamente.
Abstract: Computational molecular evolution analyses are usually performed by using multiple sequences alignments of homologous sequences, in which sequences likely originated from a common ancestors are aligned in a such way that equivalent amino acids are set in the same column. Conserved residues in a multiple sequence alignment can be extremely enlightening by suggesting positions under evolutionary selection and constraint. Most of the methods proposed to coevolution and specificity determinant sites are focused in finding positions, therefore they may ignore sites that are specific for a subfamily but variable in the whole alignment; or requires prior knowledge about the subject families, such as list of subfamilies or phylogenetic trees. This project presents a network-based methodology, commonly apllied to social and ecological systems, with the goal to identify clusters of functionally related residues. The method was first validated using artificial datasets and then applied to four real protein families: C-type Lysozyme/Alpha-lactoalbumin, HIUase/Transthyretin, Amidases and the class A G protein-coupled receptors. Patterns of specificity determinant sets for many functional subclasses were successfully extracted from all these families. These networks were then used as features for a support vector machine (SVM) that was able to correctly classify even subfamilies without detected specificty determinant residues. This machine was also applied to the orphan GPCRs generating novel hypothesis about these proteins. We developed a web application with the aim of promote and facilitate the studies performed by the methodology proposed in the project, this system is able to generate a series of data visualization and cross-references with external archives. Finally, we created a database for specificity determinant sites including precalculated analysis with datasets extracted from Pfam. This database, despite generating many intuitional and dynamic reports, it also has a REST API allowing programmatically access to its data.
Subject: Biologia computacional
Coevolução
Redes reguladoras de gene
Aprendizado de máquina
language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
metadata.dc.publisher.department: ICB - INSTITUTO DE CIÊNCIAS BIOLOGICAS
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Bioinformatica
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/50711
Issue Date: 30-Sep-2020
Appears in Collections:Teses de Doutorado

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