Cenário de coocorrência de variantes de nucleotídeo único (SNVs) de diferentes origens evolutivas e consequências funcionais no genoma humano
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Universidade Federal de Minas Gerais
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Tipo
Tese de doutorado
Título alternativo
Mutational landscape of the human genome: co-occurrence of single nucleotide variants (SNVs) of different evolutionary origins and functional consequences
Primeiro orientador
Membros da banca
Mateus Henrique Gouveia
Tetsu Sakamoto
Luiz Eduardo Vieira Del Bem
Glória Regina Franco
Tetsu Sakamoto
Luiz Eduardo Vieira Del Bem
Glória Regina Franco
Resumo
A evolução do genoma e o surgimento de doenças genéticas são impulsionados por mutações, que ocorrem por diferentes mecanismos e impactam a variabilidade genética e a adaptação das espécies. Apesar de décadas de pesquisa sobre variações nas taxas e tipos de mutações em regiões genômicas, poucos estudos integraram análises comparativas de sua distribuição espacial no genoma humano. Neste estudo, realizamos uma avaliação em larga escala da distribuição e caracterização funcional de Variantes de Nucleotídeo Único (SNVs) pertencentes a cinco categorias: (i) polimorfismos neutros ou quase neutros; (ii) variantes raras; (iii) mutações somáticas associadas ao câncer; (iv) variantes germinativas patogênicas de relevância clínica; e (v) variantes benignas. Utilizamos dados dos bancos públicos COSMIC, ClinVar e HGDP para propor três modelos de distribuição mutacional no genoma humano. Nossos resultados revelaram uma sobreposição significativa entre diferentes classes de SNVs, sugerindo que certas regiões genômicas são mais propensas a acumular mutações, independentemente de sua origem germinativa ou somática. Notavelmente, Polimorfismos de Nucleotídeo Único (SNPs) e mutações recorrentes no câncer ocorrem frequentemente nos mesmos loci genômicos e compartilham os mesmos alelos com uma frequência superior ao esperado por acaso. Identificamos cinco assinaturas mutacionais associadas a esses sítios compartilhados (SBS1, SBS5, SBS6, SBS54 e SBS87), enquanto ilhas CpG e microssatélites explicam apenas uma pequena fração dessas mutações. Além disso, análises de enriquecimento funcional apontaram associações significativas entre as regiões sobrepostas e áreas genômicas-chave, como 13q12.12 e 19p13.3, bem como vias relacionadas à sinalização celular e interação da matriz extracelular, incluindo PI3K/AKT/mTOR e ECM-receptor interaction, ambas fundamentais para a progressão tumoral. Com base nesses achados, sugerimos a existência de loci críticos no DNA que atuam como hotspots mutacionais naturais, suscetíveis a mutações recorrentes em ambas as linhagens celulares. A identificação desses hotspots levanta questões sobre os mecanismos subjacentes à sua ocorrência e sua possível contribuição para a predisposição ao câncer.
Abstract
The evolution of the genome and the emergence of genetic diseases are driven by mutations, which arise through various mechanisms and shape genetic variability and species adaptation. Despite decades of research on variations in mutation rates and types across genomic regions, few studies have systematically integrated comparative analyses of their spatial distribution in the human genome. In this study, we conducted a large-scale assessment of the distribution and functional characterization of single nucleotide variants (SNVs) across five distinct categories: (i) neutral or nearly neutral polymorphisms, (ii) rare variants, (iii) cancer-associated somatic mutations, (iv) clinically relevant pathogenic germline variants, and (v) benign variants. Using data from public repositories such as COSMIC, ClinVar, and HGDP, we proposed three models to describe the mutational landscape of the human genome. Our findings reveal a significant overlap between different SNV classes, suggesting that certain genomic regions are inherently more prone to accumulating mutations, regardless of their germline or somatic origin. Notably, single nucleotide polymorphisms (SNPs) and recurrent cancer mutations frequently co-occur at the same genomic loci and share identical alleles more often than expected by chance. Five mutational signatures (SBS1, SBS5, SBS6, SBS54, and SBS87) were associated with these shared sites, while CpG islands and microsatellites accounted for only a minor fraction of the observed mutations. Furthermore, functional enrichment analyses identified significant associations between the overlapping regions and key genomic sites, such as 13q12.12 and 19p13.3, as well as pathways involved in cellular signaling and extracellular matrix interactions, including PI3K/AKT/mTOR and ECM-receptor interaction, both of which are crucial for tumor progression. Based on these findings, we propose the existence of critical DNA loci that function as natural mutational hotspots, recurrently affected in both germline and somatic lineages. The identification of these hotspots raises important questions regarding the underlying mechanisms driving their occurrence and their potential role in cancer predisposition.
Assunto
Bioinformática, Mutação, Polimorfismo de Nucleotídeo Único, Hotspot de Doença
Palavras-chave
Mutações humanas, Variantes de nucleotídeo único (SNVs), Hotspots mutacionais, Loci compartilhados germinativo-somático
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