Análisis evolutivo de las proteínas y genes de la familia Furry

• Autores: Roa, Carolina
• Año de publicación: 2024
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis de grado
• Colaborador/a o director/a de tesis: Cirio, María Carolina; Souza, Flavio Silva Junqueira de
• Institución: Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

Los genes de la familia Furry (Fry) codifican para proteínas muy conservadas evolutivamente y distribuidas en diversos grupos eucariotas, incluyendo levaduras, plantas, nematodos y vertebrados. Estas proteínas actúan como módulos de andamiaje para la formación de grandes complejos proteicos, regulando la unión y la actividad de otras proteínas, y cumplen funciones importantes en el desarrollo, incluyendo la división celular y la morfogénesis. Mientras que en invertebrados solo se ha descripto un gen Furry, en algunas especies de vertebrados se han encontrado dos genes parálogos, denominados Fry y Fry-like, aunque su distribución filogenética y origen no han sido investigados. En este trabajo, buscamos estudiar Fry y Fry-like de vertebrados desde una perspectiva evolutiva, con los objetivos de i) comprender el origen evolutivo de estos genes y ii) verificar si hubo divergencia en la expresión de estos parálogos en el desarrollo de vertebrados. Nuestra hipótesis era que los genes podrían haber surgido en los dos eventos de tetraploidización (denominados 1R y 2R) que ocurrieron durante el origen de los vertebrados y que, luego de la duplicación, las funciones de los genes podrían haber sido repartidas en un proceso de subfuncionalización. A partir de las secuencias aminoacídicas de las proteínas Furry de cordados, hemicordados y equinodermos de bases de datos genómicas, se confeccionó un árbol filogenético estimado con el método de máxima verosimilitud. Además, se analizó la sintenia (orden de los genes) alrededor de cada parálogo y se rastrearon en cromosomas ancestrales reconstruidos utilizando coordenadas genómicas de vertebrados actuales. De este análisis, concluimos que todos los grupos de vertebrados poseen dos genes parálogos - Fry y Fry-like - que tuvieron su origen a partir de la primera duplicación genómica (1R) y que las copias resultantes de la segunda duplicación genómica (2R) se perdieron tempranamente. Empleando hibridación in situ para la detección de ARNm, se analizó la expresión de fry y fry-like, y sus respectivos homeólogos (L y S), en embriones y oocitos de la rana Xenopus laevis. Los análisis abarcaron diferentes eventos de desarrollo, incluyendo estadios de clivaje temprano, gastrulación, neurulación y organogénesis. La evidencia indica que los parálogos tienen patrones de expresión común en órganos y tejidos como los ojos, la región cefálica, el corazón, las vesículas óticas, la vesícula biliar y las somitas. Por otro lado, algunos tejidos muestran expresión predominante de uno de los parálogos. Así, sólo fry se expresa en el pronefros y notocorda, mientras que fry-like se expresa en el tubo neural de los embriones. Los resultados sugieren que, en algún momento luego de la duplicación genómica que originó los genes Fry y Fry-like, hubo una partición de las funciones del gen ancestral entre los genes duplicados posiblemente por cambios en sus secuencias regulatorias causando una divergencia en el patrón de expresión entre estos genes parálogos.
The genes of the Furry (Fry) family encode highly conserved proteins that are evolutionarily distributed across various eukaryotic groups, including yeasts, plants, nematodes, and vertebrates. These proteins function as scaffolding modules for the formation of large protein complexes, regulating the binding and activity of other proteins, and play important roles in development, including cell division and morphogenesis. While only one Furry gene has been described in invertebrates, two paralogous genes, named Fry and Fry-like, have been found in some vertebrate species, although their phylogenetic distribution and origin have not been investigated. In this work, we aim to study Fry and Fry-like in vertebrates from an evolutionary perspective, with the objectives of i) understanding the evolutionary origin of these genes and ii) verifying whether there has been divergence in the expression of these paralogs during vertebrate development. Our hypothesis was that the genes might have arisen during the two tetraploidization events (known as 1R and 2R) that occurred during the origin of vertebrates and that, following duplication, the functions of the genes might have been partitioned in a process of subfunctionalization. Using the amino acid sequences of Furry proteins from chordates, hemichordates, and echinoderms from genomic databases, we constructed a phylogenetic tree estimated by the maximum likelihood method. Additionally, we analyzed the synteny (gene order) around each paralog and traced them in reconstructed ancestral chromosomes using genomic coordinates of present-day vertebrates. From this analysis, we concluded that all vertebrate groups possess two paralogous genes - Fry and Fry-like - which originated from the first genomic duplication (1R) and that the copies resulting from the second genomic duplication (2R) were lost early on. Employing in situ hybridization to detect mRNAs, we analyzed the expression of fry and fry-like, and their respective homeologs (L and S), in embryos and oocytes of the frog Xenopus laevis. The analyses covered different developmental events, including early cleavage stages, gastrulation, neurulation, and organogenesis. The evidence indicates that the paralogs have common expression patterns in organs and tissues such as the eyes, head region, heart, otic vesicles, gall bladder, and somites. On the other hand, some tissues show predominant expression of one of the paralogs. Thus, only fry is expressed in the pronephros and notochord, while fry-like is expressed in the neural tube of the embryos. The results suggest that, at some point after the genomic duplication that gave rise to Fry and Fry-like genes, there was a partitioning of the functions of the ancestral gene between the duplicated genes, possibly due to changes in their regulatory sequences causing a divergence in the expression pattern between these paralogous.
Fil: Roa, Carolina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.