Vírus gigantes de DNA: sobre a genômica, proteômica da partícula e evolução de cedratvírus
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Universidade Federal de Minas Gerais
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Tipo
Tese de doutorado
Título alternativo
Primeiro orientador
Membros da banca
Rodrigo Araújo Lima Rodrigues
Juliana Reis Cortines
Savio Torres de Farias
Gabriel Magno de Freitas Almeida
Juliana Reis Cortines
Savio Torres de Farias
Gabriel Magno de Freitas Almeida
Resumo
A descoberta dos vírus gigantes (VGs) em 2003 chamou muita atenção da comunidade
científica principalmente devido ao grande tamanho de suas partículas e complexidade de seus
genomas. Os genomas gigantescos dos VGs são uma das características mais intrigantes da
virosfera. A transferência lateral de genes e até mesmo a criação de genes de novo têm sido
propostas para explicar o gigantismo genômico dos VGs. No entanto, esses mecanismos
parecem estar restritos a famílias específicas de VGs. Um fenômeno mais universal ainda não
foi identificado. Aqui descrevemos a descoberta do cedratvirus pambiensis, um VG de ameba
isolado no Brasil. Apesar de cdv. pambiensis ser muito semelhante a outros cedratvírus, o
sequenciamento genômico revelou ser o maior genoma de cedratvírus já descrito, com 623.564
pares de bases e 842 proteínas preditas (entre elas, 76 ORFans). As razões desse maior genoma
foram investigadas e revelaram um número sem precedentes de genes parálogos. Quase 73%
do genoma de cdv. pambiensis é composto por genes com duas ou mais cópias. Grandes
famílias/clusters de genes parálogos foram identificados, codificando diversas funções de
proteínas preditas, e estão amplamente distribuídos no genoma. A investigação aprofundada
sobre os mecanismos e origens da duplicação de genes revela que tanto a cópia em tandem
proximal quanto a duplicação de segmento cromossômico contribuem para a expansão
genômica de cdv. pambiensis. Finalmente, uma análise abrangente dos genomas de todos os
grupos do domínio Varidnaviria conhecidos sugere que a duplicação de genes está relacionada
ao gigantismo genômico em vários nucleocitovírus. A expansão de genomas virais por
duplicações sucessivas seguidas por evolução independente de cada cópia do gene pode estar
relacionada ao surgimento de novas funções gênicas e melhor adaptação viral a uma variedade
de nichos. Na presente tese avançamos na caracterização do proteoma da partícula do
cedratvírus. Nossas análises revelaram a presença de 283 proteínas virais, o correspondente a
33,6% das proteínas preditas no genoma, além de 172 proteínas associadas ao seu hospedeiro,
Acanthamoeba castellanii. Análises comparativas entre os proteomas do cdv. pambiensis e do
pithovirus sibericum, um vírus relacionado filogeneticamente, revelaram que 38,5% das
proteínas identificadas são exclusivas para o cdv. pambiensis. Entretanto, 91 proteínas são
compartilhadas por ambos os vírus, incluindo proteínas chaves envolvidas em diversos
processos celulares, como replicação, transcrição e metabolismo. Todos esses achados têm nos
ajudado a compreender diferentes aspectos biológicos sobre os VGs, além de elucidar aspectos
filogenéticos e evolutivos sobre este fascinante grupo de vírus.
Abstract
The discovery of giant viruses (GVs) in 2003 attracted much attention from the scientific
community mainly due to the large size of their particles and the complexity of their genomes.
The gigantic genomes of GVs are one of the most intriguing features of the virosphere. Lateral
gene transfer and even de novo gene creation have been proposed to explain the genomic
gigantism of GVs. However, these mechanisms seem to be restricted to specific GV families.
A more universal phenomenon has not yet been identified. Here we describe the discovery of
cedratvirus pambiensis, an amoeba GV isolated in Brazil. Although cdv. pambiensis is very
similar to other cedratviruses, genome sequencing revealed it to be the largest cedratvirus
genome ever described, with 623,564 base pairs and 842 predicted proteins (among them, 76
ORFans). The reasons for this larger genome were investigated and revealed an unprecedented
number of paralogous genes. Almost 73% of the cdv. pambiensis is composed of genes with
two or more copies. Large families/clusters of paralogous genes have been identified, encoding
several predicted protein functions, and are widely distributed in the genome. In-depth
investigation into the mechanisms and origins of gene duplication reveals that both proximal
tandem copying and chromosome segment duplication contribute to the genomic expansion of
cdv. pambiensis. Finally, a comprehensive analysis of the genomes of all known Varidnaviria
groups suggests that gene duplication is related to genomic gigantism in several
nucleocytoviruses. The expansion of viral genomes by successive duplications followed by
independent evolution of each gene copy may be related to the emergence of new gene functions
and improved viral adaptation to a variety of niches. In this thesis, we advanced in the
characterization of the cedratvirus particle proteome. Our analyses revealed the presence of 283
viral proteins, corresponding to 33.6% of the predicted proteins in the genome, in addition to
172 proteins associated with its host, Acanthamoeba castellanii. Comparative analyses between
the proteomes of cdv. pambiensis and pithovirus sibericum, a phylogenetically related virus,
revealed that 38.5% of the identified proteins are exclusive to cdv. pambiensis. However, 91
proteins are shared by both viruses, including key proteins involved in several cellular
processes, such as replication, transcription and metabolism. All these findings have helped us
to understand different biological aspects of VGs, in addition to elucidating phylogenetic and
evolutionary aspects of this fascinating group of viruses.
Assunto
Microbiologia, Vírus Gigantes, Genoma, Proteômica
Palavras-chave
Vírus gigantes, Cedratvírus, Gigantismo genômico, Paralogia, Proteômica