Evolució molecular de la proteïna bactericida/augment de la permeabilitat (BPIFA1) que regula les respostes immunitàries innates en mamífers, part 2

3. Resultats

Les seqüències de proteïnes BPIFA1 codificades al genoma dels mamífers es van estudiar per determinar el paper de la selecció adaptativa i l'evolució. La proteïna BPIFA1 és el mediador clau de la senyalització innata contra les infeccions microbianes per bacteris i fongs. Una vegada que les seqüències es van combinar mitjançant MSA, es van utilitzar per crear arbres filogenètics bayesians i sotmetre's a una investigació addicional. Per iniciar cascades de senyalització intracel·lular, és necessari activar un conjunt de gens identificats en les espècies de mamífers apropiades i que posseeixin un domini funcional (LBP-BPI). Per al tensioactiu fosfolípid dipalmitoilfosfatidilcolina (DPPC), aquest domini d'unió a lípids té un grau de selectivitat molt alt. El sistema immunitari innat de les vies respiratòries superiors s'activa en resposta a nombrosos senyals genètics, com ara un augment de les taxes de substitució no sinònimes, haplotips homòlegs significatius i una absència de variació genètica en les proteïnes BPIFA1, cosa que demostra que la presència d'aquestes proteïnes s'ha vist afavorida per positius. selecció.

Lipid Binding Domain (LBD) és un domini estructural contingut en moltes proteïnes, que pot unir algunes molècules de lípids específiques per regular la funció o localització de les proteïnes.

Diversos estudis han demostrat que els dominis d'unió de lípids poden afectar la immunitat. Per exemple, en alguns òrgans limfoides secundaris com la melsa i els ganglis limfàtics, una molècula de lípids anomenada S1P (esfingolípid-1-fosfat) regula la migració i la migració de cèl·lules T i cèl·lules B mitjançant la interacció amb els dominis d'unió de lípids. retenir. A més, alguns receptors importants de la superfície de les cèl·lules immunitàries, com ara TLR4, TLR7 i TLR8, també contenen dominis d'unió a lípids, que poden unir diferents tipus de molècules de lípids i regular l'activació i resposta de les cèl·lules immunitàries.

Per tant, hi ha una certa relació entre els dominis d'unió de lípids i la immunitat, que també aporta noves idees per estudiar la regulació de les respostes immunitàries per part dels dominis d'unió de lípids. Es pot veure que hem de millorar la nostra immunitat per resistir els virus. Cistanche pot millorar significativament la immunitat. Cistanche també té efectes antivirus i anticancerígens, que poden enfortir la capacitat del sistema immunitari per lluitar i millorar la immunitat del cos.

Feu clic a Beneficis per a la salut del cistanche

3.1. Evolució molecular del gen BPIFA1

En aquest treball, hem buscat signes d'adaptació en el gen BPIFA1, que van des de senyals de selecció progressivament febles fins a forts durant l'evolució adaptativa del genoma dels mamífers. Es va determinar el percentatge típic de codons del gen BPIFA1 en evolució adaptativa. Seguint el mateix procediment per a cada seqüència de codificació, vam calcular la proporció mitjana de codons seleccionats positivament a totes les branques. Utilitzant BUSTED i la variació de la taxa sinònima en branques de prova escollides amb cura de la filogènia BPIFA1, vam determinar rastres de selecció de diversificació episòdica a tot el gen. Com a resultat, vam concloure que la selecció divergent es va produir al llarg de les tres línies de descendència examinades. Utilitzant una variació de velocitat sinònim, vam observar una selecció de diversificació episòdica a tot el gen a les branques de prova de la filogènia BPIFA1. Es va utilitzar una selecció de diversificació episòdica a tot el gen per aconseguir-ho (LRT). Dues branques de prova van mostrar evidències de selecció diversificada, cosa que suggereix que el lloc havia estat sotmès a aquest tipus d'evolució (figura 1).

Les relacions dN/dS mitjanes de BPIFA1 a tots els llocs i llinatges eren superiors a un. Com a resultat, es va investigar aquesta proteïna per identificar les signatures de selecció positiva. Es va trobar que la proteïna tenia una estructura conservada d'aminoàcids, que permetia purificar-la, i tenia un valor omega superior a 1. Es va realitzar una prova de log-probabilitat sobre aquesta proteïna, es van analitzar tots els seus llocs i es va calcular la taxa de substitució. Per avaluar si s'ha produït una selecció positiva o no, hem utilitzat tres conjunts diferents de models de versemblança: M0 vs. M3, M1 vs. M2 i M7 vs. M8. Es van comparar les estimacions dels paràmetres sota M1 i M2 i es va trobar que el valor M2 d'aquestes proteïnes era positiu. Els percentatges de llocs seleccionats positivament van ser significatius per als tres models, amb valors de 422,86, 64,5 i 93,63, respectivament (taula 1).

Per proporcionar proves addicionals per donar suport als resultats de la selecció positiva, vam aplicar el model de combinació mecànica-empírica a llocs específics mitjançant el servidor de selecció. Durant aquest procés, vam descobrir que s'havien identificat diversos llocs que havien estat sotmesos a pressió selectiva en diversos punts durant l'evolució (figura 1). Per això, podríem estimar el grau en què aquest gen s'ha conservat evolutivament. Vam trobar que la gran majoria dels llocs seleccionats positivament s'havien conservat als clades de mamífers. Això va ser perquè els aminoàcids conservats representaven la majoria dels senyals utilitzats per a la selecció positiva en l'algorisme de la xarxa neuronal (taula 2).

El mètode de selecció de models de codons va avaluar 9113 models diferents. El millor model (log(L)=−18,910, mBIC=39,34{0,92) contenia tres taxes i era el més precís. Amb aquest model, es van aconseguir millores de 218,66 punts log(L) i 398,33 mBIC en comparació amb un model de taxa única, en què totes les substitucions no sinònimes es van produir al mateix ritme, tal com es mostra a la taula 1. Cada model del conjunt creïble tenia una ràtio d'evidència d'almenys 0,01 en comparació amb el millor model, el que significa que es trobava dins de 9,21 unitats mBIC del millor model, o de manera equivalent, que tenia una ràtio d'evidència d'almenys 0,01 en comparació amb el millor model. La mitjana dels models va estimar la taxa de canvi d'aquesta col·lecció de models (figura 2). El patró de selecció evolutiva de les posicions d'aminoàcids a la proteïna BPIFA1 també es va avaluar mitjançant l'anàlisi de selecció de models de codons, que va demostrar que la substitució dels llocs d'aminoàcids es va produir durant l'evolució adaptativa de les proteïnes. Vam revelar que les posicions bàsiques d'aminoàcids de les proteïnes van mostrar una evolució adaptativa a causa de diferents proporcions de substitució. Segons la distribució dels llocs d'aminoàcids a BPIFA1, la taxa de substitució màxima va ser d'aproximadament 1,19, mentre que la més baixa va ser de 14 (figura 2).

La identificació de regions fisiològicament significatives d'una proteïna es pot realitzar contrastant la freqüència de substitucions sinònimes (Ks) i no sinònimes (Ka) a la proteïna. Això proporciona la base per concloure l'existència de la selecció purificadora i la selecció darwiniana positiva localitzada. Hem utilitzat Selecton v. 2.2 (accessible a http://selection-bio info-tau.ac.il, consultat el 29 de setembre de 2021), un servidor web que calcula automàticament la proporció de Ka a Ks (u) a cada lloc de la proteïna. Els diferents colors representen diferents tipus de selecció (selecció positiva, selecció purificadora i no selecció) i s'utilitzen per mostrar gràficament aquesta proporció a cada lloc. El model de selecció és una col·lecció de diferents hipòtesis evolutives que es poden utilitzar per provar estadísticament la probabilitat que una determinada proteïna hagi estat sotmesa a selecció positiva. Funciona mitjançant una interfície gràfica d'usuari. El model mecànic-empíric establert recentment va influir en les propietats físiques de l'aminoàcid (taula 3).

3.2. Selecció adaptativa del gen BPIFA1

Per determinar el grau en què les diferents espècies de mamífers s'han adaptat als seus entorns, hem utilitzat múltiples alineacions de les seqüències codificants del gen BPIFA1 de cadascuna de les 34 espècies. Aquestes proves es poden utilitzar individualment o en combinació. La varietat més comuna de proves es coneix com a prova de branca. Durant l'evolució de les espècies de vertebrats, es va utilitzar la selecció de llinatges específics per reconèixer diferents llinatges subjectes a pressió de selecció. Les probabilitats de selecció específiques del llinatge es van calcular per a cada grup filogenètic mitjançant un model adaptatiu de probabilitat d'efectes aleatoris del lloc de branca (aBS-REL). A més, es va utilitzar la tècnica aBS-REL per disseccionar cada gen per determinar quins llinatges havien estat sotmesos a selecció adaptativa en diferents moments de la història evolutiva.

Quan s'aplica a llinatges de mamífers, el model aBS-REL va confirmar que els gens predits per BUSTED estaven en selecció positiva. Els nostres resultats, que van suggerir que la pressió selectiva actuava sobre els gens BPIFA1 en llinatges de mamífers, van demostrar que les dues hipòtesis eren congruents (taula 4). En la filogènia del gen BPIFA1, hi va haver evidència de selecció de diversificació episòdica en vuit branques. La importància de les troballes es va avaluar mitjançant la prova de ràtio de probabilitat (p > 0.05), que es va dur a terme després de tenir en compte els resultats de moltes altres proves (figura 3). En total, 63 línies diferents es van sotmetre a aquesta prova específica per diversificar la selecció. Es van realitzar diverses proves i la importància de les troballes es va establir aplicant la prova de la relació de probabilitat amb un llindar de valor p de 0,05.

Aquesta taula informa d'un resum estadístic de l'ajust dels models a les dades. L'MG94xREV de referència fa referència al model de línia de base MG94xREV que dedueix una única categoria de taxa ω per branca. El model adaptatiu complet es refereix al model adaptatiu aBS-REL, que implica un nombre optimitzat de categories de taxa ω per branca.

Durant el procés evolutiu, vam examinar els valors omega utilitzant els mètodes SLAC, FUBAR, MEME i FEL per localitzar indicis de selecció positiva (taula 5). Segons les nostres troballes, el gen BPIFA1 en clades de mamífers ha estat objecte d'una selecció evolutiva positiva. Vam poder detectar quines regions del genoma estaven sotmeses a pressió selectiva mitjançant el mètode bayesià. Aquesta tècnica consisteix a determinar la probabilitat posterior de cada codó. Els llocs amb un nombre més gran de possibilitats tenen més probabilitats d'haver estat sotmesos a una selecció diversificada, la qual cosa comporta taxes més altes de substitució de sinònims i no sinònims que els llocs amb un menor nombre de probabilitats (taula 2). Mitjançant l'anàlisi BEB, vam trobar que diverses ubicacions del domini LBP-BPI de la proteïna bactericida havien estat objecte d'una selecció positiva amb una probabilitat posterior alta del 95 per cent. Aquest va ser el cas de tots els llocs. Els llocs es van dispersar per tot el domini en diversos llocs. Les troballes de PAML es van examinar mitjançant el conjunt de dades que es troba al servidor de selecció. Aquest servidor va poder identificar la selecció adaptativa en determinats llocs dins de la proteïna, cosa que ens va permetre validar l'existència de selecció positiva. Per determinar les taxes de substitució es va aplicar el model MEC. Les troballes van demostrar que la selecció adaptativa es va produir en diversos llocs de BPIFA1 (taula 5).

3.3. Anàlisi de recombinació

Per al gen BPIFA1, es va realitzar una anàlisi de recombinació per trobar possibles enllaços evolutius entre gens. La investigació va revelar tres esdeveniments de recombinació. Cadascuna de les seqüències de recombinació, inclosos els pares majors i menors, provenien del gen BPIFA1. Hem identificat punts d'interrupció de recombinació mitjançant l'anàlisi GARD. A una velocitat de 30,30 models per segon, GARD va inspeccionar 5120 models. L'espai de cerca de 72.874.879 models amb fins a tres punts d'interrupció es va generar pels 759 possibles punts d'interrupció de l'alineació, dels quals l'algoritme genètic només va examinar el 0,01 per cent. Amb una proporció d'evidència de 100 o superior, es va preferir el model d'arbre múltiple al model d'arbre únic, cosa que indica que almenys un dels punts de ruptura reflectia una incongruència topològica. Això es va validar comparant les puntuacions AICc del model GARD més adequat, que permetia topologies variables entre segments (37.996,2) i el model, que suposava el mateix arbre per a totes les particions determinades per GARD, però permetia longituds de branques variades. entre particions. Concretament, la puntuació AICc del model GARD més ajustat va ser de 37.996,2, mentre que la puntuació AICc del model era de 37.996,2. (Figures 4 i 5).

3.4. Interaccions proteïna-proteïna i anàlisi d'unió de lligands

Hem utilitzat la base de dades STRING per cercar proteïnes expressades amb BPIFA1, identificant diversos parells d'interaccions proteïna-proteïna. Hi havia 13 nodes i 35 vores denotades per les proteïnes expressades amb BPIFA1. Les vores del diagrama PPI són les xarxes de línies que uneixen els nodes individuals (figura 6). El valor mitjà del coeficient d'agrupació local era 0,978. L'enriquiment PPI tenia un valor p de 5,25 × 10−12. La xarxa PPI representava les interaccions del gen BPIFA1 amb altres gens immunitaris coexpressats. COX7B2, BPIFB6, BPIFB4, BPIFB2, BPIFB3, PLTP, CETP, BPI, LBP i ODF2L eren els 10 gens implicats a la xarxa PPI de BPIFA1 (figura 6).

Els gens BPIFB6, BPIFB4, BPIFB2 i BPIFB3 van ser els més significatius perquè estan implicats en vies de senyalització biològiques, que tenen un paper essencial en la immunitat innata contra la infecció bacteriana. A més, aquests gens estan regulats per BPIFA1, que és una altra raó per la qual es van considerar tan significatius (taula 6). Les vies moleculars són essencials per eradicar els gèrmens invasors mitjançant l'activitat de interrupció de la membrana formada per totes les proteïnes relacionades amb funcions variades. L'activitat de interrupció de la membrana era necessària per a l'eliminació dels gèrmens invasors. Dues proteïnes crucials en la mediació de senyals en resposta als lipopolisacàrids inclouen la proteïna d'unió a LPS (LPSBP) i la proteïna que augmenta la permeabilitat bactericida (BPI). Mostraven una forta afinitat pel lípid A, una substància que es troba en LPS, i eren sorprenentment semblants entre si. Tot i tenir estructures similars, LBP i BPI realitzen diverses funcions biològiques que són clarament diferents entre si. Per exemple, el LBP s'uneix amb freqüència a LPS i facilita molt la presentació de LPS a cèl·lules CD14 plus, com ara macròfags i monòcits, mentre que BPI inhibeix i redueix la bioactivitat del LPS. Aquestes dues proteïnes estan presents en els bacteris.

Els lligands són components crítics en el procés de control de l'expressió i l'activitat de les proteïnes. Les forces d'unió intermolecular, com els enllaços iònics, els enllaços d'hidrogen, la interacció hidrofòbica i les forces de Vander-Waals, contribueixen al procés d'unió de lligands. A causa de les interaccions entre lligands i proteïnes, l'estructura tridimensional de la proteïna es veurà alterada. A causa d'aquests canvis en l'estat conformacional de la proteïna, algunes de les funcions de la proteïna es poden inhibir o activar. Per tant, vam realitzar un estudi d'interacció d'unió proteïna-lligant utilitzant característiques fisicoquímiques d'aminoàcids per determinar quins residus interaccionen amb el lligand i quins no. Per aconseguir-ho, hem utilitzat un lloc web (http://crdd.osdd.net/raghava/lpicom, consultat el 18 d'octubre de 2021) que calcula la fracció de residus que interaccionen amb un lligand determinat. Es va demostrar que els residus clau, com ara cisteïna, glicina, alanina, lisina, àcid aspártic, histidina, leucina, valina arginina, triptòfan, serina, treonina i tirosina, interaccionen amb set lligands (1BP1, BPH, XE, NEH, CLA, CU i MG) i PC1. En comparació amb la interacció amb PC1, els aminoàcids carregats, especialment els aminoàcids essencials, tenien un avantatge més gran en interactuar amb 1BP1, BPH, XE, NEH, CLA, CU i MG (figura 7). Els aminoàcids petits i polars que es van correlacionar amb ells es van caracteritzar en cadascun dels tres lligands.

Hem utilitzat dos enfocaments diferents per fer prediccions sobre llocs d'unió complementaris: el primer es basava en comparar subestructures específiques d'unió (TM-SITE), mentre que el segon es basava en l'alineació dels perfils de seqüència (S-SITE). Aquestes tècniques van avaluar la proteïna BPIFA1 contra 500 proteïnes no redundants que es van combinar amb 814 compostos orgànics, sintètics i d'ions metàl·lics. A partir de les prediccions d'estructures de proteïnes de baixa resolució, els enfocaments van identificar amb èxit els residus d'unió de BPIFA1, aconseguint un coeficient de correlació de Matthews (MCC) mitjà que era molt més alt. A més, les tècniques van descobrir lligands que s'uneixen amb els residus (taula 7).

4. Discussió

Els antecedents heterogenis ofereixen plataformes on les poblacions que pateixen una selecció divergent es poden distingir en subpoblacions adaptades de manera nativa [44]. La influència de la selecció en el flux de gens entre les poblacions, com ara l'equilibri migració-selecció, determina la possibilitat d'adaptació innata i divergència continuada. Això també es coneix com a balanç migració-selecció. Hi ha una tendència a que la variabilitat genètica local dins de les poblacions s'homogeneïtzi a causa del flux gènic quan l'efecte de la selecció és menys significatiu que l'efecte del flux gènic. En canvi, les variants genètiques es poden acumular i retenir a través de loci específics susceptibles a una potent selecció divergent si la pressió selectiva és més gran que la força integradora del flux gènic [45].

En el possible resultat alternatiu, els beneficis del flux genètic es veuen limitats per la selecció contra immigrants que tenen un ajustament genètic pobre, la qual cosa també obre el camí per a l'adaptació local [45,46]. Hi ha d'haver una connexió entre el flux gènic i la selecció per entendre les diferències poblacionals en la freqüència del flux gènic [46]. En aquestes circumstàncies, la selecció determina si la població continua evolucionant o divergent com a grup diferent. L'enfocament empíric de Bayes va calcular el LRT a cada lloc de branca i va localitzar tots els diferents llocs on es pot produir una selecció diversificada. Basant-se en l'enfocament empíric de Bayes, es va aplicar l'aproximació bayesiana ràpida i sense restriccions, també coneguda com FUBAR, per localitzar la selecció de diversificació que es produeix al gen BPIFA1. FUBAR va permetre la dispersió de codons de lloc a lloc i de branca a branca i es va utilitzar per explorar l'evolució adaptativa que es va produir a nivell de gens. El mètode de MEME es va utilitzar per investigar l'evolució adaptativa que es va produir a nivell de gens [25,32,47]. SLAC va trobar els llocs de codificació de diversificació episòdica amb un valor p inferior a 0,01 (taula 1).

Aquest model es va utilitzar per estimar les taxes de substitució de sinònims i no sinònims, i els llocs de codificació amb taxes de substitució de sinònims superiors o iguals a la taxa de no sinònims es van considerar remarcables per identificar els llocs que estaven sotmesos a una selecció diversificada. A MEME, es van obtenir estimacions de màxima probabilitat per als codons 130, 167, 168, 190, 243, 265 i 289 del gen BPIFA1 (taula 2). A partir dels seus senyals no significatius, aquests codons no es van identificar com a llocs seleccionats positivament, cosa que es deu al caràcter episòdic de la selecció natural. La selecció natural que es va produir esporàdicament al llarg de breus intervals d'evolució adaptativa va quedar emmascarada per l'ocurrència freqüent de selecció purificadora o natural. En conseqüència, no es van poder trobar signes d'evolució adaptativa mitjançant proves de sensibilitat i selecció positiva [48].

Hem trobat disset llocs que es van triar favorablement mitjançant el mètode PAML, quinze llocs que es van escollir mitjançant l'algorisme IFEL i quatre llocs que es van escollir mitjançant l'algorisme FEL. La pressió de selecció adaptativa sobre les seqüències de codons del gen BPIFA1 es va calcular mitjançant el model MEC. Això va donar lloc a la identificació de setanta-quatre aminoàcids (figura 1). Es va utilitzar un model d'evolució basat en la selecció positiva, revelant diferències a nivell de codons (M8). L'aplicació MrBayes al servidor de selecció va utilitzar un model MCMC per determinar prèviament diferències en el gen MAVS en mamífers a nivell de codons [49].

A partir dels resultats de les alineacions de proteïnes MAFFT, estudis anteriors han demostrat que el domini Ig roman a les seqüències de codificació MAVS. Aquests resultats suggereixen que els canvis de proteïnes alternatius en la purificació de regions seleccionades són perjudicials i, per tant, és poc probable que es mantinguin al llarg de l'evolució [50,51]. Els llocs per a múltiples vies evolutives es van identificar mitjançant una distribució de velocitat de diversos paràmetres, un model d'efectes aleatoris amb un interval de confiança del 95 per cent i valors substancials de Pr [>]. Els llocs es podrien localitzar gràcies a aquest mètode (taula 3). En el cas de la selecció positiva, el pes de la taxa de classe es va determinar mitjançant una distribució discreta general bivariada per a cada lloc de codificació. La convergència del model MCMC es va demostrar pel fet que es va trobar que les estimacions mitjanes posteriors de BPIFA1 estaven més properes al valor del factor de reducció considerat (taula 2).

Aquests valors oscil·laven entre {{0}},95 i 0,99. Durant el procés de diversificació de la selecció, només es van considerar els llocs de codificació amb valors empírics del factor Bayes (EBF) superiors a 50. Els càlculs es van realitzar utilitzant la mida de mostra efectiva neta per determinar els valors d'EBF per a cada lloc de codificació avaluat mitjançant la selecció positiva. Inferir la distribució dels paràmetres de selecció específics del gen podria millorar les seleccions detectades en un gran nombre de llocs de codificació. Les àrees de codificació que es van seleccionar i identificar positivament donen una evidència significativa de la diversificació de la selecció en els gens BPIFA1 que ara es troben en un llinatge selectiu. Com a resultat, algunes mutacions que inicialment semblen neutres (i no tenen un impacte immediat en la forma física) poden ser "permissives", permetent que la proteïna suporti canvis posteriors que, d'altra manera, serien perjudicials i causarien diferències fenotípiques [52]. Les mutacions neutres en l'epistasi posen les bases per a la selecció i adaptació posteriors, que recentment han cridat molta atenció i s'han ofert com una manera de conciliar els models d'evolució neutres i de selecció [53].

La taxa de substitució de la parella FWY i HKR era d'aproximadament el 50 per cent, la taxa de substitució de DENQ era del 50 per cent i la taxa de substitució per a ACGILMPSTV era del 90 per cent. La xarxa PPI representava les interaccions de la proteïna BPIFA1 amb altres proteïnes immunes coexpressades. COX7B2, BPIFB6, BPIFB4, BPIFB2, BPIFB3, PLTP, CETP, BPI, LBP i ODF2L van ser els deu gens que vam determinar que eren responsables d'aquestes interaccions de proteïnes (figura 6). Els gens BPIFB6, BPIFB4, BPIFB2 i BPIFB3 són els més significatius perquè estan implicats en vies de senyalització biològiques, que tenen un paper essencial en la immunitat innata contra la infecció bacteriana. A més, aquests gens estan regulats per BPIFA1, proporcionant un altre motiu pel qual són tan significatius (taula 6). Les interfícies contenen cúmuls de residus conservats amb una composició d'aminoàcids compatible tant amb el nucli de la interfície (residus amb el major canvi d'enterrament en unir-se) com amb una regió conservada [54], i les regions calentes que evolucionen a partir de l'agrupació de punts calents corresponen a un compacte compacte. i regions conservades.

Així, les interfícies estan sota pressió evolutiva per mantenir les connexions actuals alhora que eviten interaccions desfavorables i inespecífiques. Algunes característiques fisicoquímiques es poden alterar per reduir la probabilitat que les interfícies proteïna-proteïna puguin formar interaccions disfuncionals [55]. Com a resultat de la nostra investigació, vam trobar que els valors eren més d'1 per als codons seleccionats positivament presentats a la taula 1. Això il·lustra que el desenvolupament de llocs sinònims va requerir més temps que el desenvolupament de llocs no sinònims (llocs dN). Aquest impacte beneficiós de la selecció darwiniana, que fomenta noves variacions i un major polimorfisme al·lèlic, funciona com a selecció equilibradora o purificadora [56], que provoca una alteració en la proteïna estructural i afecta la via de senyalització [57]. Tot i que s'originen del mateix llinatge, les substitucions d'aminoàcids en la descendència de diferents espècies poden tenir conseqüències molt diferents [56,57]. Això contrasta amb el fet que el seu pedigrí coincideix amb enviaments anteriors. Els gens BPIFA1 escollits en aquest estudi proporcionen informació per a la bioanàlisi, que pretén seleccionar gens en funció de l'escala de temps evolutiu des dels períodes més recents fins a més llarg termini.

A més, el mecanisme evolutiu fonamental que s'ha descobert com a resultat d'investigacions recents pot ser insuficient a causa de l'absència de les característiques estructurals i funcionals d'un gran nombre de proteïnes del genoma. L'evolució i l'adaptació dels gens codificants de proteïnes a Drosophila melanogaster es van examinar a fons per determinar els determinants més rellevants de l'evolució i l'adaptació a nivell dels gens codificants de proteïnes. Això es va aconseguir comparant D. melanogaster amb espècies estretament relacionades i les seves poblacions. El nostre equip va realitzar aplicacions a gran escala de bioinformàtica i anàlisi estructural per determinar les característiques estructurals i funcionals de les proteïnes. Posteriorment, vam dividir els residus en una varietat de llocs estructurals i funcionals mitjançant el nostre sistema de categorització. Les taxes d'evolució i adaptació de la seqüència es van comparar en una varietat de proteïnes i ubicacions, cosa que va permetre la identificació de punts calents d'adaptació a tot el genoma. A més, s'ha demostrat que les proteïnes d'adaptació ràpida interaccionen entre elles a velocitats superiors a les que es prediria per casualitat; aquest descobriment mostra que la coadaptació és probablement omnipresent entre les proteïnes d'adaptació ràpida.

Com a resultat de les seves connexions físiques, els següents són exemples de mecanismes que tenen el potencial de contribuir a la coadaptació: (1) sovint es troba que les proteïnes d'adaptació ràpida estan enriquides en activitats químiques similars i exposades a una pressió de selecció similar, i (2). ) les proteïnes d'adaptació ràpida coevolucionen. En aquesta investigació es van demostrar dos casos diferents d'evolució adaptativa en IBP, la qual cosa porta als autors a plantejar la hipòtesi que aquestes interaccions físiques poden haver tingut un paper en la coadaptació de proteïnes d'adaptació ràpida a D. melanogaster. A més, vam demostrar que el fenomen de coadaptació pot tenir lloc en un sentit més general que només entre proteïnes d'adaptació ràpida. La taxa d'adaptació sol ser més alta en proteïnes que interaccionen amb proteïnes d'adaptació ràpida. Atès que les interaccions moleculars tenen un paper en l'evolució adaptativa, és just anticipar que aquestes interaccions també poden regir la coadaptació a un nivell més global. S'ha postulat que la coevolució dels contactes físics és el mecanisme responsable de les taxes evolutives similars observades en proteïnes que interactuen.

5. Conclusions

El nostre objectiu era identificar les pressions selectives que han contribuït al desenvolupament del sistema BPIFA1 de plantes i mamífers, l'expressió del qual es modula en una gran varietat de malalties. La proteïna BPIFA1 va evolucionar ràpidament en resposta a la pressió selectiva en el llinatge humà i vam poder identificar els determinants de la selecció genètica que expliquen la seva activitat bactericida. Durant la seva història evolutiva, la selecció positiva pot haver tingut un paper crucial en la millora de la resposta de virulència a diferents estímuls, cosa que podria explicar la diversitat observada en l'estabilitat de la funció del gen. Les nostres troballes proporcionen una comprensió més completa de la història evolutiva dels gens BPIFA1, que millorarà l'anàlisi de la genòmica funcional de la patogenicitat en els processos biològics. Es preveu que aquestes troballes també poden ajudar a millorar la comprensió de la prevenció de malalties. A més, l'estudi d'aquests gens podria facilitar el disseny d'un mètode únic que podria ajudar a determinar les diferents proteïnes de virulència presents en els patògens bacterians. Les nostres troballes ens porten a plantejar la hipòtesi que les restriccions durant el procés evolutiu han tingut un paper clau en la configuració dels nostres descobriments. Com a resultat d'aquestes limitacions, vam poder identificar alguns límits numèrics quan vam acoblar característiques com ara la longitud de la proteïna a complexos complicats. Les característiques úniques de les proteïnes són intrigants perquè poden proporcionar una indicació d'estressors inusuals o ajustos homeostàtics que han permès la seva presència a les cèl·lules. Per tant, són una opció prometedora per a més investigacions.

Contribucions de l'autor:

Conceptualització, HIA i JC; metodologia, HIA, MAK, FAK, SI, RWA i NSP; programari, HIA, WN, NSP, RWA i SI; validació, MAK, JC, FAK i HIA; anàlisi formal, HIA, MAK, FAK, SI, RWA i NSP; investigació, HIA, MAK, FAK, SI, RWA i NSP; recursos, HIA, MAK i JC; curació de dades, HIA, MAK, FAK, SI, RWA i WN; redacció: preparació de l'esborrany original, HIA; redacció: revisió i edició, HIA, SI, RWA, WN i NSP; visualització, JC i MAK; supervisió, MAK, FAK, NSP i WN Tots els autors han llegit i han acceptat la versió publicada del manuscrit.

Finançament:

Aquesta investigació no va rebre cap finançament extern.

Declaració de la Junta de Revisió Institucional:

No aplicable.

Declaració de consentiment informat:

No aplicable.

Declaració de disponibilitat de dades:

Totes les dades rellevants per a aquest article estaran obertes als lectors.

Agraïments:

Aquest estudi va comptar amb el suport del Projecte Especial Financer Provincial de Guangdong de 2022 per a la Construcció Forestal Ecològica.

Conflictes d'interès:

Els autors declaren no conflicte d'interessos.

Referències

1. Li, J.; Xu, P.; Wang, L.; Feng, M.; Chen, D.; Yu, X.; Lu, Y. Biologia molecular de BPIFB1 i els seus avenços en la malaltia. Ann. Trad. Med. 2020, 8, 651. [CrossRef] [PubMed] 2. Saferali, A.; Tang, AC; Strug, LJ; Quon, BS; Zlosnik, J.; Sandford, AJ; Turvey, SE Funció immunomoduladora del gen modificador de la fibrosi quística BPIFA1. PLoS ONE 2020, 15, e0227067. [CrossRef] [PubMed]

3. Nam, B.-H.; Lluna, J.-Y.; Park, E.-H.; Kim, Y.-O.; Kim, D.-G.; Kong, HJ; Kim, W.-J.; Jee, YJ; An, CM; Park, NG; et al. Activitat antimicrobiana dels pèptids derivats de la proteïna d'unió de lipopolisacàrids de lligadura de l'oliva/proteïna que augmenta la permeabilitat bactericida (LBP/BPI). Mar. Drugs 2014, 12, 5240–5257. [CrossRef] [PubMed]

4. Kirschning, CJ; Au-Young, J.; Lamping, N.; Reuters, D.; Pfeil, D.; Seilhamer, JJ; Schumann, RR Una organització similar dels gens de la proteïna d'unió de lipopolisacàrids (LBP) i de la proteïna de transferència de fosfolípids (PLTP) suggereix una família de gens comuns de proteïnes d'unió de lípids. Genòmica 1997, 46, 416–425. [CrossRef] [PubMed]

5. Balakrishnan, A.; Marathe, SA; Joglekar, M.; Chakraborty, D. Proteïna bactericida / per augmentar la permeabilitat: una proteïna multifacètica amb funcions més enllà de la neutralització de LPS. Immunitat innata. 2012, 19, 339–347. [Ref creuat]

6. Wright, SD; Ramos, RA; Tobias, PS; Ulevitch, RJ; Mathison, JC CD14, un receptor de complexos de lipopolisacàrids (LPS) i proteïnes d'unió a LPS. Ciència 1990, 249, 1431–1433. [Ref creuat]

7. Shao, Y.; Li, C.; Che, Z.; Zhang, P.; Zhang, W.; Duan, X.; Li, Y. Clonació i caracterització de dos gens de proteïnes que s'uneixen a lipopolisacàrids/proteïnes que augmenten la permeabilitat bactericida (LBP/BPI) del cogombre de mar Apostichopus japonicas amb funció diversificada en la modulació de la producció de ROS. Dev. Comp. Immunol. 2015, 52, 88–97. [Ref creuat]

8. Schaefer, N.; Li, X.; Seibold, MA; Jarjour, NN; Denlinger, LC; Castro, M.; Coverstone, AM; Teague, WG; Boomer, J.; Bleecker, ER L'efecte de la variació genètica BPIFA1/SPLUNC1 sobre la seva expressió i funció a l'epiteli de les vies respiratòries asmàtiques. JCI Insight 2019, 4, e127237. [Ref creuat]

9. Britto, CJ; Cohn, L. Un membre de la família A1 que conté el plec de proteïnes bactericides/augmenta la permeabilitat en la protecció de l'hoste de les vies respiratòries i la malaltia respiratòria. Am. J. Respir. Cel·lular Mol. Biol. 2015, 52, 525–534. [Ref creuat]

10. Musa, M.; Wilson, K.; Sol, L.; Mulay, A.; Bingle, L.; Marriott, HM; LeClair, EE; Bingle, CD Localització diferencial de BPIFA1 (SPLUNC1) i BPIFB1 (LPLUNC1) a les cavitats nasals i orals dels ratolins. Teixit cel·lular Res. 2012, 350, 455–464. [Ref creuat]

11. Tsou, Y.-A.; Tung, M.-C.; Alexander, KA; Chang, W.-D.; Tsai, M.-H.; Chen, H.-L.; Chen, C.-M. El paper de BPIFA1 en les infeccions microbianes de les vies respiratòries superiors i les malalties correlacionades. BioMed Res. Int. 2018, 2018, 2021890. [CrossRef] [PubMed]

12. Caikauskaite, R. BPIFA1 Interaccions amb bacteris i la seva importància per a la defensa de l'hoste de les vies respiratòries. Ph.D. Tesi, Universitat de Sheffield, Sheffield, Regne Unit, 2018.

For more information:1950477648nn@gmail.com