Molecular aspects of DARC gene evolution in primates

Genes envolvidos com a interação hospedeiro-patógeno são fortemente afetados pela seleção natural positiva. O gene codificante do antígeno sangüíneo Duffy, também conhecido como DARC (Duffy Antigen Receptor for Chemokines), tem um importante papel na invasão dos eritrócitos pelos parasitas causadores da malária, Plasmodium vivax em humanos e Plasmodium knowlesi em outros primatas. A estrutura do gene DARC já é conhecida, estando este presente na região 1q22q23 do cromossomo 1, e sendo composto por dois éxons separados por um grande íntron. Em uma população africana a deleção de um nucleotídeo no domínio GATA-1 da região promotora do gene é responsável pela não expressão de DARC nos eritrócitos e pela resistência à invasão pelo P. Vivax. Além disso, o antígeno DARC age como um receptor promíscuo de quimiocinas, sendo expresso nos eritrócitos, células endoteliais de vênulas e outros tecidos. Devido a esse papel dual, no presente estudo seqüenciou-se regiões homólogas do gene DARC em macacos do Novo e Velho Mundo e utilizando métodos estatísticos procurou-se indícios da seleção natural positiva na sua história evolutiva. Nenhuma nova mutação foi encontrada no promotor ou na região codificante. As árvores filogenéticas pelos métodos de máxima parcimônia, máxima verossimilhança e neighbor-join apresentaram topologias semelhantes com três grande clados monofiléticos reconhecíveis e com a espécie Macaca fascicularis apresentando um perfil polifilético. O teste de seleção positiva pelos métodos de Nei-Gojobori, máxima verossimilhança por ramos e máxima verossimilhança por sítios não demonstraram, estatisticamente, à ação da seleção positiva sobre o gene DARC. Porém, o teste de máxima verossimilhança por sítio em domínios demonstrou que existem regiões do gene DARC sujeitas à diferentes pressões seletivas, mas também falhou em detectar a assinatura da seleção positiva. Os resultados indicam a presença da seleção darwiniana sobre a região de ligação do P. vivax, porém os testes de máxima verossimilhança utilizados, aparentemente, não possuem poder suficiente para detectar a sua assinatura. Além disso, os resultados sugerem que a região de ligação do P. vivax está sob influência de duas pressões seletivas antagônicas (seleção positiva exercida pelo parasita e seleção purificadora exercida pelas quimiocinas) o que pode, também, explicar a não detecção da seleção positiva.Genes involved in pathogen-host interactions are strongly affected by positive natural selection. The gene of blood Duffy antigen, also known as DARC (Duffy Antigen Receptor for Chemokines), has an important role in the invasion of red blood cells by the parasites that cause malaria, Plasmodium vivax in humans and Plasmodium knowlesi in other primates. The structure of the DARC gene is known, it was mapped in 1q22-q23 region of chromosome 1, and is composed by two exons separated by a large intron. In an African population a nucleic acid deletion in GATA-1 of the gene promoter is responsible for the non-expression of DARC on red blood cells and the resistance to invasion by P. vivax. Moreover, the DARC antigen acts as a promiscuous receptor for chemokines and is expressed in red blood cells, endothelial venules cells and other tissues. Because of this dual role, in this study we sequenced homologous regions of the DARC gene in monkeys of the New and Old World and using statistical methods we tried to detect positive natural selection in their evolutionary history. New mutations were not found at promoter or in coding region. The phylogenetic trees by the methods of maximum parsimony, maximum likelihood and neighbor-join showed similar topologies with three large monophyletic clades recognizable and with the Macaca fascicularis showing a poliphyletic profile. The test of positive selection by the methods of Nei-Gojobori, maximum likelihood by branchs and maximum likelihood by sites not shown, statistically, the action of positive selection on the DARC gene. But the maximum likelihood test using sites divided in domains showed that some regions of the DARC gene are subject to different selective pressures, but also failed to detect the signature of positive selection. The results indicate the presence of darwinian selection on P. vivax binding region, but the maximum likelihood tests used, apparently, do not have enough power to detect its signature. Moreover, the results suggest that P. vivax binding region is under the influence of two opposing selective pressures (positive selection exerted by the parasite and purifying selection exerced by chemokines) that can also explain the non-detection of positive selection