Made available in DSpace on 2015-07-22T20:49:43Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2009-11-25 / Associação Fundo de Incentivo à Psicofarmacologia (AFIP) / Centros de Pesquisa, Inovação e Difusão (CEPID/FAPESP) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Os genes Periods (Per1-3) são importantes na geração da ritmicidade circadiana. Mutações nestes genes têm fortes efeitos sobre o ritmo circadiano e estão associados com distúrbios de sono em humanos. Dentre estes genes, o Per3 tem uma característica peculiar, a presença de uma repetição em tandem de número variável na região codificadora. Esta repetição em tandem está associada com o cronotipo (matutino / vespertino), com Síndrome da fase atrasada e homeostase do sono. Sabe-se que o tamanho dessas repetições em tandem varia entre espécies diferentes, sendo que cada repetição tem o tamanho de 54 nucleotídeos. No genoma de sagüi (Callithrix jacchus), esta região possui sete repetições, enquanto que em outros primatas, esta mesma região possui diferentes tamanhos e pode variar de três a cinco repetições. A caracterização e anotação do gene Per3 em outros primatas (como em Homo sapiens) já é bem conhecida, entretanto, tem-se a falta de caracterização e anotação completa do gene Period3 em Callithrix jacchus. Dado o cenário e fatores descritos, e considerando o organismo sagüi um primata de interesse para uso como organismo modelo em diversos estudos na área de ritmos biológicos, apresenta-se neste projeto a caracterização completa do gene Per3 em Callithrix jacchus. Nesta caracterização inclui: a definição de regiões de éxons e regiões de íntrons, pesquisa de polimorfismo, análise de neutralidade, identificação e análise de elementos transponíveis e RNA não-codificante, e comparação do comprimento da região de repetição em tandem entre os primatas do novo mundo. O gene Per3 em sagüi tem 74.739 pares de basess e tem uma pontuação de alinhamento de 77, quando alinhada com a seqüência do gene humano, e 97, quando alinhada com a seqüência de sagüi disponível na plataforma da Universidade da Califórnia Santa Cruz. Há três ilhas CpG e 20 sítios de ligação de fatores de transcrição, identificadas por análises in silico, na região promotora deste gene em sagüi. Ainda foram identificadas 115 inserções de elementos transponíveis no gene Per3, sendo os Long interspersed nuclear elements e os Short interspersed nuclear elements as classes dominantes. Sobre RNA não codificantes foram obtidos 102 possíveis candidatos por meio da predição feita via técnicas de bioinformática que usam a abordagem de análise comparativa com outros primatas. Na região da repetição em tandem, foram encontrados cinco polimorfismos de nucleotídeo único e quatro destes são não-sinônimos. Quando esta região de repetição foi examinada para se verificar polimorfismos de comprimento, apenas um sagüi (em oitenta) apresentou heterozigozidade (sete e seis repetições). Nenhuma repetição em tandem foi encontrada em mamíferos não-primatas. Em primatas do novo mundo existem variações no comprimento desta região de repetição que vão de duas a onze repetições. O seqüenciamento e caracterização do gene Per3 em sagüi permitirá a diversos outros futuros estudos comportamentais usando este animal como organismo modelo. / The Periods genes (Per1-3) are important in the generation of circadian rhythms. Mutations in these genes have strong effects on the circadian rhythm and are associated with sleep disorders in humans. Among these genes, Per3 has a special feature, the presence of a variable number in tandem repeat in the coding region. This repeat in tandem is associated with diurnal preference (morning / afternoon), with DSPS and sleep homeostasis. It is known that the length of these repeats in tandem varies among different species; being that the length of each repetition is 54 nucleotides. In the genome of marmosets (Callithrix jacchus), this region has seven repeats, whereas in other primates, this same region has different lengths and can vary from three to five repetitions. The characterization and annotation of Per3 gene in other primates (as in Homo sapiens) is already well known, however, there has been a lack of characterization and annotation of the Period3 in Callithrix jacchus. In this scenario and considering marmoset as a primate of interest for use as a model organism in several studies in the field of biological rhythms, this project presents a complete characterization of Per3 gene in Callithrix jacchus. In this characterization was included: the definition of exons´ and introns´ regions, the search for polymorphism, the analysis of neutrality, the identification and analysis of transposable elements and non-coding RNA, and comparing the length of the variable number in tandem repeat between New World primates. The Per3 in marmoset has 74,739 base pairs and has an alignment score of 77, when aligned with the sequence of the human gene, and 97, when aligned with the sequence of marmoset available on the platform of the University of California Santa Cruz. Three CpG islands and 20 transcription factors binding sites were identified, by in silico analysis, in the promoter region of this gene in the marmoset. Were also identified 115 insertions of transposable elements in Per3 gene, and the long interspersed nuclear elements and short interspersed nuclear elements of the dominant classes. About non-coding RNA, 102 possible candidates were obtained through the prediction via bioinformatics techniques that use the analysis approach of comparison with other primates. In the region of repeat in tandem, were found five single nucleotide polymorphisms and four of these are non-synonymous. When this region of repeat was examined to verify the polymorphism length, only one marmoset (in eighty) showed to be heterozygous (seven and six replicates). No variable number repeat in tandem was found in non-primate mammals. In the new world primates there are variations in the length of this repeat region, ranging from two to eleven repeats. The sequencing and characterization of the gene Per3 in marmoset will allow several other future behavioral studies using this animal as a model organism. / FAPESP: 04/15837-4 / CEPID/FAPESP: 98/143003-3 / TEDE / BV UNIFESP: Teses e dissertações

Duplicação genica é uma das principais forças levando a evolução dos genomas eucarioto. O impacto de duplicações gênicas/genômicas vem sendo investigado a muito tempo em humanos e outros primatas. Um segundo mecanismo de duplicação gênica, a retrotransposição baseada em RNA maduros, vem sendo menos estudada devido ao seu potencial menor de gerar cópias funcionais. No entanto, recentemente, publicações descreveram retrocópias funcionais em humanos, roedores e mosca de fruta. Nesta tese, para investigar sobre retrocópias causando variabilidade genética no genoma de primatas, nós desenvolvemos a implementamos os métodos para detectar estas inserções. Utilizando nove genomas e transcriptomas publicamente disponíveis (sete primatas e dois roedores) nós confirmamos um número similar, porém, com origem independente, de retrocópias em primatas e roedores. Nós também encontramos um enriquecimento de retrocópias no genoma de Platyrrhini, possivelmente explicado pela expansão de L1PA7 e L1P3 nestes genomas. Posteriormente, nós analisamos a ortologia de retrocópias no genoma de primatas e encontramos 127 eventos específicos à linhagem humana. Nós também exploramos dados do projeto 1000 Genomes para detectar retrocópias polimórficas (retroCNVs germinativos) e encontramos 17 eventos, presentes no genoma referência humano, mas ausentes em mais de um indivíduo. Similarmente, nós investigamos novas retroduplicações de mRNAs no genoma humano, detectando 21 eventos ausentes do genoma referência. Finalmente, investigamos a existência de retroCNVs somáticos e descrevemos sete possíveis retrocópias somáticas. Apesar de sua possível insignificância, nós encontramos que algumas retrocópias compartilhadas entre todos os primatas, espécie específicas, e polimórficas podem ser expressas per se ou como transcritos quiméricos com genes hospedeiros. Sobretudo, nós encontramos que retrocópias são um fator importante da variabilidade genética inter-espécie, intra-espécie e intra-indivíduo e podem estar influenciando a evolução de mamíferos ao criar reservatórios de duplicações potencialmente funcionais. / Gene duplication is a major driving force of evolution in eukaryotic genome. The impact of gene/genomic duplication has long been investigated in human and other primates. A second mechanism of gene duplication, retrotransposition, which is based on mature RNA, has been traditionally less studied due to their lower potential to generate functional copies. Recently, however, publications described functional retrocopies in humans, murines and drosophila. Here, to gain insights of the genetic variability arising from retrocopies on primate genomes, we developed and implemented the methods to detect these insertions. Using nine publicly available reference genomes and transcriptomes (seven primates and two rodents) we described a similar number independently arisen retrocopies in primates and rodents. We also found an enrichment of retrocopies in Platyrhinni genomes, putatively explained by the expansion of L1PA7 and L1P3 in these genomes. Next, we evaluated the orthology of retrocopies in primate genomes and found 127 events specific to human lineage. We also explored 1000 Genomes Project data to detect polymorphic events (germinative retroCNVs) on human populations and found 17 events, present on the reference genome, absent in more than one individual. Conversely, we also investigated new insertions of mRNA retroduplications in the human genome, detecting 21 events absent to the human reference genome. Finally, we evaluated the existence of somatic retroCNVs and described seven putative somatic retrocopies. Despite their putative insignificance, we found that some of these shared, specie-specific and polymorphic events may be expressed per se and as chimeric transcripts within host genes. Taken together, we found that retrocopies are a great factor of genetic variation interspecie, intraspecie e intraindividual and may be affecting mammal evolution by creating reservoirs of potentially functional duplications

Duplicação genica é uma das principais forças levando a evolução dos genomas eucarioto. O impacto de duplicações gênicas/genômicas vem sendo investigado a muito tempo em humanos e outros primatas. Um segundo mecanismo de duplicação gênica, a retrotransposição baseada em RNA maduros, vem sendo menos estudada devido ao seu potencial menor de gerar cópias funcionais. No entanto, recentemente, publicações descreveram retrocópias funcionais em humanos, roedores e mosca de fruta. Nesta tese, para investigar sobre retrocópias causando variabilidade genética no genoma de primatas, nós desenvolvemos a implementamos os métodos para detectar estas inserções. Utilizando nove genomas e transcriptomas publicamente disponíveis (sete primatas e dois roedores) nós confirmamos um número similar, porém, com origem independente, de retrocópias em primatas e roedores. Nós também encontramos um enriquecimento de retrocópias no genoma de Platyrrhini, possivelmente explicado pela expansão de L1PA7 e L1P3 nestes genomas. Posteriormente, nós analisamos a ortologia de retrocópias no genoma de primatas e encontramos 127 eventos específicos à linhagem humana. Nós também exploramos dados do projeto 1000 Genomes para detectar retrocópias polimórficas (retroCNVs germinativos) e encontramos 17 eventos, presentes no genoma referência humano, mas ausentes em mais de um indivíduo. Similarmente, nós investigamos novas retroduplicações de mRNAs no genoma humano, detectando 21 eventos ausentes do genoma referência. Finalmente, investigamos a existência de retroCNVs somáticos e descrevemos sete possíveis retrocópias somáticas. Apesar de sua possível insignificância, nós encontramos que algumas retrocópias compartilhadas entre todos os primatas, espécie específicas, e polimórficas podem ser expressas per se ou como transcritos quiméricos com genes hospedeiros. Sobretudo, nós encontramos que retrocópias são um fator importante da variabilidade genética inter-espécie, intra-espécie e intra-indivíduo e podem estar influenciando a evolução de mamíferos ao criar reservatórios de duplicações potencialmente funcionais. / Gene duplication is a major driving force of evolution in eukaryotic genome. The impact of gene/genomic duplication has long been investigated in human and other primates. A second mechanism of gene duplication, retrotransposition, which is based on mature RNA, has been traditionally less studied due to their lower potential to generate functional copies. Recently, however, publications described functional retrocopies in humans, murines and drosophila. Here, to gain insights of the genetic variability arising from retrocopies on primate genomes, we developed and implemented the methods to detect these insertions. Using nine publicly available reference genomes and transcriptomes (seven primates and two rodents) we described a similar number independently arisen retrocopies in primates and rodents. We also found an enrichment of retrocopies in Platyrhinni genomes, putatively explained by the expansion of L1PA7 and L1P3 in these genomes. Next, we evaluated the orthology of retrocopies in primate genomes and found 127 events specific to human lineage. We also explored 1000 Genomes Project data to detect polymorphic events (germinative retroCNVs) on human populations and found 17 events, present on the reference genome, absent in more than one individual. Conversely, we also investigated new insertions of mRNA retroduplications in the human genome, detecting 21 events absent to the human reference genome. Finally, we evaluated the existence of somatic retroCNVs and described seven putative somatic retrocopies. Despite their putative insignificance, we found that some of these shared, specie-specific and polymorphic events may be expressed per se and as chimeric transcripts within host genes. Taken together, we found that retrocopies are a great factor of genetic variation interspecie, intraspecie e intraindividual and may be affecting mammal evolution by creating reservoirs of potentially functional duplications