Origem dos genes das vias de secreção do sistema digestivo humano
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Editor
Universidade Federal de Minas Gerais
Descrição
Tipo
Dissertação de mestrado
Título alternativo
Primeiro orientador
Membros da banca
Francisco Pereira Lobo
Tetsu Sakamoto
Rafael Lucas Muniz Guedes
Tetsu Sakamoto
Rafael Lucas Muniz Guedes
Resumo
Os processos que garantem a manutenção da vida requerem energia e para todos os organismos heterótrofos a fonte dessa energia são os nutrientes disponíveis no ambiente ao seu redor. Desde a origem das primeiras formas de vida os processos e sistemas envolvidos na obtenção e metabolismo dos alimentos tem sido determina ntes no sucesso evolutivo das espécies. O surgimento de organismos multicelulares com sistemas compartimentalizados permitiu aos metazoários acumularem energia e realocá-la para o desenvolvimento de outras funções. Em humanos, as principais etapas da digestãodependem das secreções salivar, gástrica, pancreática e biliar. Apesar dos estudos de anatomia comparada em metazoários serem bem documentados e o conhecimento sistêmico de diversos processos seja reportado em muitas bases de dados, trabalhos que abordam a genômica comparativa e evolução dos componentes desse sistema sãoescassos. Assim, neste trabalho buscamos estudar a origem sequencial dos genes envolvidos na heterotrofia usando como modelo o sistema digestivo humano. Para isso, foram criados diagramas reconhecíveis por software para as vias de secreção do sistemadigestivo com base em modelos disponíveis no KEGG Pathway. A origem de cada componente foi estimada através de ferramentas de agrupamento de homólogos e inferência do ancestral comum mais recente. Assim, foi possível retratar a origem do sistema com base na origem dos seus genes. Nossos resultados mostram que os genesmais ancestrais encontrados nas vias atuam nos processos de sinalização celular e surgiram antes do sistema ser originado. Já os componentes mais recentes, como os receptores e alguns transportadores, essenciais para a função de secreção, surgiram apartir do clado Metazoa, principalmente em Bilateria. Além disso, alguns componentes com função acessória, como a secreção de bicarbonato no pâncreas e na bile tem origem mais recente, indicando que esse processo aparece como um refinamento nas vias de secreção. A secreção salivar é a que possui o maior número de componentes recentes, sendo muitas das proteínas secretadas exclusivas de mamíferos. Além da datação dos genes, verificamos quais organismos ou OTU tinham maior número de proteínas próximas às de humano, utilizando o programa ELDOgraph. Os resultados mostram quea espécie que possui mais ELDO com humano são as do gênero Pan (chimpanzés e bonobos); já analisando em nível de ordem as espécies com mais ELDO com humano são das ordens Dermoptera e Rodentia, e dentre a superordem Laurasiateria, Perissodactyla e Carnivora. Em conjunto as análises mostram que as vias do sistema digestivo emmamíferos compartilham muitas similaridades, embora algumas proteínas sejam mais distantes. Os dados apresentados nesse trabalho permitiram delinear um panorama a respeito da evolução do processo digestivo, contribuindo assim para a história da evolução desse sistema
Abstract
The processes that ensure the maintenance of life require energy and for all heterotrophic organisms the source of energy are the nutrients available in the environment. Since the origin of the first forms of life the processes and systems involved in obtaining and metabolizing food have been determinant in the evolutionary success of the species. The emergence of multicellular organisms with compartmentalized systemsallowed metazoans to accumulate energy and reallocate it for the development of other functions. In humans the main stages of digestion depends on salivary, gastric, pancreatic and biliary secretions. Although studies of comparative anatomy in metazoa are well documented and the systemic knowledge of several processes is reported in many databases, studies addressing the comparative genomics and the evolution of the components of this system are scarce. Here our goal was to study the sequential origin of the genes involved in heterotrophy using the human digestive system as model. For this, software-recognizable diagrams for the digestive system secretion pathways were createdbased on models available in KEGG Pathway database. The origin of each component was estimated using tools for homologous clustering and for lowest common ancestor inference. This allowed us to infer the origin of the system based on the origin of its genes. Our results show that the most ancestral genes found in the pathways act on cell signalingprocesses and arose before the systems have been originated. The most recent components, such as receptors and some transporters, which are essential for secretion function, appeared from Metazoa. In addition, some components with auxiliary function, such as bicarbonate secretion in the pancreas and bile, have a more recent origin,indicating that this process appears as a refinement in these secretory pathways. Salivary secretion has the highest number of recent components and many of the proteins secreted are exclusive in mammals. In addition, we performed an analysis using the ELDOgraphprogram to identify which organisms or OTUs have more proteins close to human. The results show that the species that has more ELDO with human belong to the genus Pan (chimpanzees and bonobos). Analyzing at the order level the species with more ELDO with human belong to the orders Dermoptera and Rodentia. Our results show that the secretion pathways of the digestive system in mammals share many similarities, although some proteins are more distant. The data presented here allowed us to draw a scenario about the evolution of the digestive process, contributing to the evolutionary history of this system
Assunto
Genômica, Digestão, Bioinformática
Palavras-chave
Vias metabólicas, Heterotrofia, Digestão, Evolução