Projekt 6:

Molekylær Evolution Af

Keratin Proteiner

Vejleder: Rasmus Nielsen

Oversigt over oplæg

• Introduktion af projektet og af keratin proteiner.

• Projektets fremgangsmåde og resultater.

• Sammenligning med artikel.

• Konklusion.

Molekylær evolution af keratin proteiner

• Det er blevet foreslået at KRN1 har været udsat for positiv selektion i den seneste evolution af mennesket.

• Hypotesen som skal testes er om familien af keratin associerede proteiner er udsat for positiv selektion.

Keratin proteiner• Keratin proteiner er strukturelle elementer i

hår, horn, negle, klør, fjer, skæl m.m.

• Mulig rolle i termoregulering.

• KRN1 polymorfi fundet i mennesket.

• Viden om keratin kommer primært fra får pga. kommercielle interesser.

Keratin associerende proteiner

• De vigtigste keratiner i pattedyrs hår er Keratin Intermediate Filaments (KIFs) og Keratin-Associated Filaments (KAPs).

• På baggrund af aminosyre sammensætningen kan KAPs opdeles i tre grupper:– High-sulfur (HS)– Ultrahigh-sulfur (UHS)– High-glycine/tyrosine (HGT)

• KRTAP5-familien tilhører UHS KAP-gruppen.– Findes i to klumper på hhv. højre og venstre arm på

menneskets kromosom 11.

Projektets fremgangsmåde

• Gen-sekvenser blev fundet ved BLAST-søgning med KRN1 genet i GenBank.

• Alle udvalgte gener har en E-værdi under 0,1.– Keratin associerede proteiner, specielt KRTAP5-familien: KRTAP5-1 til

–11.– Hos Homo sapiens (mennesket), Pan troglodytes (chimpanse), Mus

musculus (mus) og Ovis aries (får).

• De kodende sekvenser af generne blev behandlet i BioEdit.• Alignment på aminosyre-niveau vha. ClustalW og tilpasning på

nukleotid-niveau (17 gener er medtaget i den endelige behandling).

• Et fylogenetisk træ blev estimeret vha. Neighbor-Joining, Phylip.

dN/dS-ratio

• ω = dN/dS – dN: antal nonsynonyme mutationer pr. nonsynonyme

site.

– dS: antal synonyme mutationer pr. synonyme site.

• ω < 1: negativ selektion.

• ω = 1: neutral selektion.

• ω > 1: positiv selektion.

Behandling med PAML

• Gennemsnitlige dN/dS-ratio udregnes for alle grene.

• Statistisk sammenligning af to modeller til at beskrive data; M7 og M8.

0.1

KRTAP5-3

UHS KerB

Mus Krtap5

Chimp

KRN1KRTAP5-9UHS KerA

KRTAP5-2KRTAP5-8

KRTAP5-5

KRTAP5-7

KRTAP5-6

KRTAP5-4

KRTAP5-10

O.a UHS KR

O.a KRTAP5

KRTAP5-1

KRN1KRTAP5-9UHS KerA

KRTAP5-2KRTAP5-8

0,19

0,43

0,52

Alle værdier er dN/dS-værdier (ω)

1,02 0,35

0,66 0,83

1,060

0,79

0,39

0,191,24

0,210,26

0,10

0,25

∞

1,70

0,24

0,23

0,14

0,43

∞

0

Figur 1: Fylogenetisk træ uden rod

Der hvor ω > 1 tyder det på positiv selektion.

Der hvor ω = 0 blev der kun fundet synonyme substitutioner.

Der hvor ω = ∞ blev der kun fundet nonsynonyme substitutioner.

Mus musculus genet er Krtap5-4 og Ovis aries generne er hhv. UHS KRN og KRTAP5.4.

Chimpanse-genet er ortholog til KRN1.

0.1

KRTAP5-1

O.a UHS KR

O.a KRTAP5

KRTAP5-6

KRTAP5-4

KRTAP5-10

KRTAP5-3

UHS KerB

Mus Krtap5

Chimp

KRN1

KRTAP5-9

UHS KerA

KRTAP5-2

KRTAP5-8

KRTAP5-5

KRTAP5-7

Figur 2: Fylogenetisk træ uden rod – samme data som figur 1.

Artikel om KRTAP5-familien

• Shoichi Yahagi et al. 2004, Identification of two novel clusters of ultrahigh-sulfur keratin-associated protein genes om human chromosome 11.

• KRTAP5-familien – identificerer nye gener.

• BLAST med KerB på kromosom 11.

• Hypotese om molekylær evolution.

KRTAP5-genernes placering på kromosom 11.

Figur 1 fra Shoichi Yahagi et al. s.657

Evolutionær hypotese

Figur 7 fra Shoichi Yahagi et al. s.663

KRTAP5-10

KRTAP5-1

KRTAP5-6

KRTAP5-9

Chimp

KRTAP5-11

KRTAP5-3

KRTAP5-8

KRTAP5-5

KRTAP5-2

KRTAP5-8 n

KRTAP5-4

KRTAP5-7

Figur 3: Fylogenetisk træ uden rod.

Evolutionær hypotese på baggrund af data.

Projektets problemer.

• Alingment - Vigtigste faktor for pålideligheden af resultaterne.– Besværlig/usikker pga. mange repeats regions.

• Forskellig annotering af samme gen i GENbank.

• Kriteriet for valg af sekvenser.

Konklusion

• Positiv selektion findes i keratin proteinernes evolution.– Findes tidligt i pattedyrslinien og mellem

chimpansen og menneske KRN1/KRTAP5-9.

• Årsager:– Concerted evolution? – Adaption i forbindelse med migration?