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.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.

d N /d S -ratio ω = d N /d S –d N : antal nonsynonyme mutationer pr. nonsynonyme site. –d S : antal synonyme mutationer pr. synonyme site. ω < 1: negativ selektion. ω = 1: neutral selektion. ω > 1: positiv selektion.

Behandling med PAML Gennemsnitlige d N /d S -ratio udregnes for alle grene. Statistisk sammenligning af to modeller til at beskrive data; M7 og M8.

KRN1 KRTAP5-9 UHS KerA KRTAP5-2 KRTAP5-8 0,19 0,43 0,52 Alle værdier er d N /d S -værdier (ω) 1,02 0,35 0,66 0,83 1,06 0 0,79 0,39 0,19 1,24 0,21 0,26 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.

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

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?