A origem dos novos genes é um processo importante para a evolução dos organismos, pois ela fornece fontes singulares para a inovação evolutiva. As abordagens que mostram como esses novos genes surgem e adquirem novas funções no curso da evolução são de fundamental importância, por exemplo, elas podem ajudar a correlacionar mutações com alterações metabólicas, fisiológicas e/ou morfológicas, indicando quais mutações podem ser importantes funcionalmente. Recentemente, uma nova abordagem, nomeada de filoestratigrafia, foi desenvolvida para estabelecer origem evolutiva dos genes. Neste método a emergência de novas sequências de um nó filogenético particular em uma linhagem ancestral-descente é inferida geralmente utilizando algoritmos de similaridade. No presente trabalho, nós fizemos uma pesquisa filoestratigráfica de dois bancos de dados de domínios proteicos, CATH e Pfam, para todas as entradas humanas descrevemos a origem dos domínios e arquiteturas humanas. Também realizamos uma nova abordagem para refinar os resultados por Male-PSI-BLAST, em um estudo de caso dos domínios príons e ADHs. A análise das duas bases de dados mostrou que existiram três períodos importantes de aparecimento de domínios proteicos humanos: a origem do organismo celular, Eucarioto e Euteleostomi, nos quais há um elevado número de surgimento de novos genes na linhagem ancestral-descente de humanos. Quando analisamos o aparecimento de arquiteturas, elas são evidentemente mais recentes que o aparecimento de domínios, embora, em seu conteúdo, possa haver domínios muito antigos misturados com domínios novos. Não notamos nenhuma tendência de acréscimo de novos domínios para arquiteturas que compreendem domínios antigos ou recentes. Para medir o grau de versatilidade de domínio, nós utilizamos a frequência ponderada de bigrama, uma combinação específica de dois domínios adjacentes. O teste de correlação de Spearman mostrou que existe uma baixa correlação negativa entre a idade de domínios e índices de versatilidade. Em um estudo de caso, demonstramos que é possível caracterizar descontinuidades evolutivas nos resultados de Male-PSI-BLAST entre domínios que surgiram a partir de outros. Pela primeira vez, a origem de todos os domínios e arquiteturas proteicas presentes nas bases de dados estudadas foi descrita, fornecendo um cenário evolutivo que pode ser mais explorado a partir das abordagens aqui desenvolvidas. / The origin of new genes is an important process for the evolution of organisms because they provide singular sources for evolutionary innovation. The approaches that show how these new genes arise and acquire new functions in the course of evolution are of fundamental importance: they can help to correlate mutations with metabolic, physiological, and morphological changes, indicating which mutations are likely to be functionally important. Recently, a new approach, named phylostratigraphy, was developed to establish the evolutionary origin of the genes. In this method the emergence of novel sequences at a particular phylogenetic node in a descendent-ancestor lineage is infer usually by using the similarity search algorithm. In the present work, we did a phylostratigraphical search of two protein domain databases, CATH and Pfam, for all human entries and depicted the origin of human domains and architectures. We also conducted a new approach to refine results by Male-PSI-BLAST in a case study of prions and ADH\'s domains. The analysis of two databases showed that there are three important periods of appearance of human gene domains: the origin of cellular organism, Eukaryote, and Euteleostomi appear to be important for production of new genes at the ancestor-descendent lineages that lead to the human species. However, when we analyze the appearance of architectures, they are by far more recent than the appearance of domains, although they might contain very ancient domains mixed with recent ones. We did not notice a bias of addition of new domains to architectures comprising either ancient or recent domains. To measure the degree of domain versatility, we used the weighted bigram frequency, where bigram is defined as a specific combination of two adjacent domains. The Spearman correlation test showed that there is a low negative correlation between the age of domains and versatility indexes. In the study of case, we have demonstrated that it is possible to characterize evolutionary ruptures in results of Male-PSI- BLAST between domains that emerged from others. For the first time the origin of all protein domains and architectures was depicted, providing an evolutionary scenario that can be further explored.

A origem dos novos genes é um processo importante para a evolução dos organismos, pois ela fornece fontes singulares para a inovação evolutiva. As abordagens que mostram como esses novos genes surgem e adquirem novas funções no curso da evolução são de fundamental importância, por exemplo, elas podem ajudar a correlacionar mutações com alterações metabólicas, fisiológicas e/ou morfológicas, indicando quais mutações podem ser importantes funcionalmente. Recentemente, uma nova abordagem, nomeada de filoestratigrafia, foi desenvolvida para estabelecer origem evolutiva dos genes. Neste método a emergência de novas sequências de um nó filogenético particular em uma linhagem ancestral-descente é inferida geralmente utilizando algoritmos de similaridade. No presente trabalho, nós fizemos uma pesquisa filoestratigráfica de dois bancos de dados de domínios proteicos, CATH e Pfam, para todas as entradas humanas descrevemos a origem dos domínios e arquiteturas humanas. Também realizamos uma nova abordagem para refinar os resultados por Male-PSI-BLAST, em um estudo de caso dos domínios príons e ADHs. A análise das duas bases de dados mostrou que existiram três períodos importantes de aparecimento de domínios proteicos humanos: a origem do organismo celular, Eucarioto e Euteleostomi, nos quais há um elevado número de surgimento de novos genes na linhagem ancestral-descente de humanos. Quando analisamos o aparecimento de arquiteturas, elas são evidentemente mais recentes que o aparecimento de domínios, embora, em seu conteúdo, possa haver domínios muito antigos misturados com domínios novos. Não notamos nenhuma tendência de acréscimo de novos domínios para arquiteturas que compreendem domínios antigos ou recentes. Para medir o grau de versatilidade de domínio, nós utilizamos a frequência ponderada de bigrama, uma combinação específica de dois domínios adjacentes. O teste de correlação de Spearman mostrou que existe uma baixa correlação negativa entre a idade de domínios e índices de versatilidade. Em um estudo de caso, demonstramos que é possível caracterizar descontinuidades evolutivas nos resultados de Male-PSI-BLAST entre domínios que surgiram a partir de outros. Pela primeira vez, a origem de todos os domínios e arquiteturas proteicas presentes nas bases de dados estudadas foi descrita, fornecendo um cenário evolutivo que pode ser mais explorado a partir das abordagens aqui desenvolvidas. / The origin of new genes is an important process for the evolution of organisms because they provide singular sources for evolutionary innovation. The approaches that show how these new genes arise and acquire new functions in the course of evolution are of fundamental importance: they can help to correlate mutations with metabolic, physiological, and morphological changes, indicating which mutations are likely to be functionally important. Recently, a new approach, named phylostratigraphy, was developed to establish the evolutionary origin of the genes. In this method the emergence of novel sequences at a particular phylogenetic node in a descendent-ancestor lineage is infer usually by using the similarity search algorithm. In the present work, we did a phylostratigraphical search of two protein domain databases, CATH and Pfam, for all human entries and depicted the origin of human domains and architectures. We also conducted a new approach to refine results by Male-PSI-BLAST in a case study of prions and ADH\'s domains. The analysis of two databases showed that there are three important periods of appearance of human gene domains: the origin of cellular organism, Eukaryote, and Euteleostomi appear to be important for production of new genes at the ancestor-descendent lineages that lead to the human species. However, when we analyze the appearance of architectures, they are by far more recent than the appearance of domains, although they might contain very ancient domains mixed with recent ones. We did not notice a bias of addition of new domains to architectures comprising either ancient or recent domains. To measure the degree of domain versatility, we used the weighted bigram frequency, where bigram is defined as a specific combination of two adjacent domains. The Spearman correlation test showed that there is a low negative correlation between the age of domains and versatility indexes. In the study of case, we have demonstrated that it is possible to characterize evolutionary ruptures in results of Male-PSI- BLAST between domains that emerged from others. For the first time the origin of all protein domains and architectures was depicted, providing an evolutionary scenario that can be further explored.

As imunodeficiências primárias são um grupo heterogêneo de doenças hereditárias do sistema. Aqui nós descrevemos 4 famílias (2 Turcas e 2 Brasileiras), que apresentaram infecções recorrentes desde os primeiros dias de vida. Após uma análise clínica bem detalhada, combinamos as técnicas de sequenciamento de alta geração para identificar novos defeitos genéticos que levam ao fenótipo de IDP. Finalizamos com a identificação e caracterização de três IDP, sendo que duas inéditas. A primeira identificada (P1) foi causada por uma mutação bialélica no sítio de splice do gene PRKCD (c.1352+1G>A). A segunda (P2 e P3) foi causada por uma mutação bialélica no gene que codifica NIK (c. C1694G; p. Pro565Arg). A terceira (P4) foi causada uma mutação no gene IL7Rα (c.G353A). Finalizamos a análise da P5, mas nenhum dos genes candidatos foi confirmado. A análise genética e a identificação do defeito genético, permite que nossos pacientes possam ter uma melhor sobrevida, podendo realizar um tratamento correto e permite o aconselhamento genético na família. / Primary immunodeficiencies are a heterogeneous group of inherited diseases of the immune system. Here we describe 5 patients from 4 families (2 Turks and 2 Brazilian), all patients had recurrent infections since the firsts days of life. After a very detailed clinical analysis, we applied the Next Generation Sequencing to identify new genes that could be lead to PID phenotype. We finished with the identification and characterization of 3 PID, where 2 of them was new. The first identified (P1) was a biallelic mutation in the splice site of the gene PRKCD (c.1352 + 1G>A). The second (P2 and P3) was a biallelic mutation in the gene encoding NIK (MAP3K14; c.C1694G;. p.Pro565Arg). The third (P4) has a mutation in the gene IL7Rα (c.G353A). We finished the analysis of P5, but no candidate gene was confirmed to be the defect cause. Genetic analysis and identification of the genetic defect allows our patients may have a better survival and can perform a proper treatment and genetic counseling allows the family.

As imunodeficiências primárias são um grupo heterogêneo de doenças hereditárias do sistema. Aqui nós descrevemos 4 famílias (2 Turcas e 2 Brasileiras), que apresentaram infecções recorrentes desde os primeiros dias de vida. Após uma análise clínica bem detalhada, combinamos as técnicas de sequenciamento de alta geração para identificar novos defeitos genéticos que levam ao fenótipo de IDP. Finalizamos com a identificação e caracterização de três IDP, sendo que duas inéditas. A primeira identificada (P1) foi causada por uma mutação bialélica no sítio de splice do gene PRKCD (c.1352+1G>A). A segunda (P2 e P3) foi causada por uma mutação bialélica no gene que codifica NIK (c. C1694G; p. Pro565Arg). A terceira (P4) foi causada uma mutação no gene IL7Rα (c.G353A). Finalizamos a análise da P5, mas nenhum dos genes candidatos foi confirmado. A análise genética e a identificação do defeito genético, permite que nossos pacientes possam ter uma melhor sobrevida, podendo realizar um tratamento correto e permite o aconselhamento genético na família. / Primary immunodeficiencies are a heterogeneous group of inherited diseases of the immune system. Here we describe 5 patients from 4 families (2 Turks and 2 Brazilian), all patients had recurrent infections since the firsts days of life. After a very detailed clinical analysis, we applied the Next Generation Sequencing to identify new genes that could be lead to PID phenotype. We finished with the identification and characterization of 3 PID, where 2 of them was new. The first identified (P1) was a biallelic mutation in the splice site of the gene PRKCD (c.1352 + 1G>A). The second (P2 and P3) was a biallelic mutation in the gene encoding NIK (MAP3K14; c.C1694G;. p.Pro565Arg). The third (P4) has a mutation in the gene IL7Rα (c.G353A). We finished the analysis of P5, but no candidate gene was confirmed to be the defect cause. Genetic analysis and identification of the genetic defect allows our patients may have a better survival and can perform a proper treatment and genetic counseling allows the family.