Análise evolutiva dos retrotransposons VIPER e TATE nos genomas de tripanosomatídeos

Orientador: Dr. Marco Aurélio KriegerCo-orintadora: Dra. Adriana LudwigDissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Biológicas, Programa de Pós-Graduação em Biologia Celular e Molecular. Defesa : Curitiba, 28/03/2018Inclui referências: p. 89-98Resumo: Tripanosomatídeos são protozoários flagelados e algumas espécies são conhecidos patógenos humanos. Pertencem a essa família o Trypanosoma cruzi, agente etiológico da doença de Chagas; T. brucei agente da doença do sono; e Leishmania sp., que desencadeiam os quadros de leishmaniose. Pelo sequenciamento dos primeiros genomas de tripanosomatídeos, foi observado que cerca de 2 a 5% do genoma haploide desses protozoários é composto por elementos de transposição, sendo encontrado apenas retrotransposons que se transpõe através de intermediário de RNA. Elementos de transposição são componentes móveis presentes em diversos genomas, sendo capazes de se multiplicar e se integrar no genoma auxiliando na variabilidade genética o que contribui para a evolução e adaptação das espécies. Poucos elementos foram descritos em tripanosomatídeos, podendo ser agrupados em três famílias: CRE-like, Ingi-like e DIRS. Dentro dos elementos classificados na ordem DIRS, T. cruzi possui um elemento denominado VIPER, enquanto L. braziliensis possui um elemento TATE. É de conhecimento que os elementos DIRS codificam uma provável Gag-like, uma transcriptase reversa para realizar a transcrição reversa da sequência de RNA a ser transposta, e uma tirosina recombinase (principal característica dos elementos DIRS) que está associada com a integração do elemento no sítio-alvo. O estudo escasso e a ausência de uma caracterização clara desses elementos, levantam dúvidas sobre a conservação, distribuição e evolução desses elementos nos genomas dos tripanosomatídeos. Tendo isso em vista, o objetivo deste trabalho foi estudar os elementos VIPER e TATE em um contexto evolutivo, tanto em associação com a evolução dos organismos hospedeiros quanto na história evolutiva dos retrotransposons. 40 espécies de tripanosomatídeos e Bodo saltans foram utilizadas para realizar as análises, que se concentraram em análises in silico das cópias dos elementos presentes nos genomas, reconstruções filogenéticas, análise de divergência e de transferência horizontal. Em suma, os elementos apresentaram uma distribuição descontínua ao longo da família dos tripanosomatídeos e cópias completas, possivelmente codificadoras, foram encontradas para os dois elementos em diferentes espécies. A coexistência dos dois elementos completos no genoma de B. saltans nos auxiliou a propor um cenário evolutivo onde esses elementos estariam presentes no ancestral dos tripanosomatídeos, tendo sido mantidos por mais de 400 milhões de anos e/ou podendo ter sofrido eventos de reativação ao longo da evolução. Propomos também um outro cenário evolutivo, sobre a origem dos elementos da ordem DIRS no contexto da história evolutiva dos retrotransposons. Concluímos que a evolução desses elementos ocorre de forma modular, tendo origens independentes. Conseguir elucidar essas questões faz com que esse trabalho represente uma importante contribuição na área dos retrotransposons e um primeiro passo para análises funcionais que serão necessárias para melhor compreensão do funcionamento e modo de mobilização desses elementos.Abstract: Trypanosomatids are flagellated protozoa and some species are human pathogens, like as Trypanosoma cruzi, the etiological agent of Chagas disease; T. brucei, the etiological agent of sleeping sickness, and Leishmania sp that unleash a several cases of leishmaniasis. After sequencing of first trypanosomatids genomes it was observed that about 2 - 5% of the haploid genome is composed by transposable elements and only retrotransposons were identified. Transposable elements are mobile sequences that are present in essentially all organisms. They are able to selfreplicate and integrate in new positions at the genome, contributing to the genome adaptation and evolution. Few elements were described in trypanosomatids, and we can separate them into three group: CRE-like, Ingi-like and DIRS. Inside the DIRS group, there are two elements, VIPER from T. cruzi and TATE from L. braziliensis. We know that the DIRS group elements encode a Gag-like protein, a reverse transcriptase to perform the reverse transcription of RNA molecule and a tyrosine recombinase (major characteristic of DIRS group) to do the integration of element in the target site. The scarce study and the absence of the characterization of these elements, raise some doubts about their conservation, distribution and evolution in trypanosomatids genomes. Thus, the purpose of this work was study VIPER and TATE in an evolutionary view, both in the context of host evolution and in the context of retroelements evolution. 40 trypanosomatids species and Bodo saltans were used for the analysis that concentrated in in silico searches and analysis of copies, phylogenetic reconstructions, divergence and horizontal transfer analysis. In our analysis, the elements VIPER and TATE show a discontinuous distribution over the family Trypanosomatidae and full copies, potentially encoding all genes, were found from both elements in some different species. The VIPER and TATE coexistence in B. saltans suggest an evolutionary scenario where both elements were present in ancestor of trypanosomatids, surviving for more than 400 million years and/or suffering possible reactivation events along the trypanosomatids evolution. We also proposed the evolutionary scenario about the origin of order DIRS elements inside retrotranspon evolution history. We concluded that the evolution of these elements occurs in a modular form, presenting independent origins. By elucidating these issues, this work has an important contribution to the mobile elements science and it is a first step to further functional analysis about the function of the genes and the mobilization mechanism of these elements