Presentacin de PowerPoint

1
La evolución temprana de la vida en la Tierra
una aproximación desde la bioinformática
Biol. Luis Delaye
2
(Lazcano Miller, 1999)
3
?
4
(Woese, 1977)
5
progenote
(Woese, 1977)
6
Progenote
Entidad biológica en donde el fenotipo aun no se
encontraba diferenciado del genotipo
Woese Fox, 1977
7
LCA
Lazcano et al, (1992)
8
Lazcano et al, (1992)
9
Haemophilus influenzae
Micoplasma genitalium
Genoma mínimo
LCA
Mushegian Koonin, (1996)
10
(No Transcript)
11
(Doolittle, 1999)
12
(Doolittle, 1999)
13
(Tekaia, et al, 1999)
14
(Brown, et al, 2001)
15
Gogarten, comunicación personal
16
?
17
Archaea
Bacteria
Aquifex aeolicus
Euryarchaea
Deinococcus radiodurans
Archaeoglobus fulgidus
Fusobacterium nucleatum
Halobacterium sp.
Escherichia coli K-12
Methanococcus jannaschii
Synechocystis sp.
Pyrococcus horikoshii
Thermoplasma acidophilum
Bacillus subtilis
Crenarchaea
Streptococcus pneumoniae
Aeropyrum pernix
Thermoanaerobacter tengcongensis
Pyrobaculum aerophilum
Sulfolobus solfataricus
Saccharomyces cerevisiae
Schizosaccharomyces pombe
Arabidopsis thaliana
Caenorhabditis elegans
Eucarya
18
Archaea
Bacteria
Aquifex aeolicus
Euryarchaea
Deinococcus radiodurans
Archaeoglobus fulgidus
Fusobacterium nucleatum
Halobacterium sp.
Escherichia coli K-12
Methanococcus jannaschii
Synechocystis sp.
Pyrococcus horikoshii
Thermoplasma acidophilum
Bacillus subtilis
Crenarchaea
Streptococcus pneumoniae
Aeropyrum pernix
Thermoanaerobacter tengcongensis
Pyrobaculum aerophilum
Sulfolobus solfataricus
Saccharomyces cerevisiae
Schizosaccharomyces pombe
Arabidopsis thaliana
Caenorhabditis elegans
Eucarya
19
Archaea
Bacteria
LCA
Eucarya
20
Archaea
Bacteria
GeneMerge
LCA
GO
Saccharomyces cerevisiae
Eucarya
21
Archaea
Bacteria
320
GeneMerge
LCA
GO
Saccharomyces cerevisiae
Eucarya
22
320
Saccharomyces cerevisiae
GO molecular function 125 (79)
23
El LCA visto desde Saccharomyces cerevisiae
molecular_function unknown
ATP-binding cassette (ABC) transporter activity
structural constituent of ribosome
ribose-phosphate pyrophosphokinase activity
ATP dependent RNA helicase activity
RNA helicase activity
translation elongation factor activity
ATPase activity
24
(No Transcript)
25
(No Transcript)
26
Evidencia del mundo del RNA!
?
RNA
Proteínas
DNA
Divergencia de linajes celulares
LCA
progenote
Origen y evolución temprana del código genético
Genomas de DNA
Origen de la vida
27
Crenarchaea y Eucarya
DNA pol II
Maquinaria de traducción (rRNA, proteínas R,
aaRS, factores de elongación)
RNA polimerasa ??
Euryarchaea
DNA pol D
Bacteria
DNA pol III
28
Crenarchaea y Eucarya
DNA pol II
Maquinaria de traducción (rRNA, proteínas R,
aaRS, factores de elongación)
RNA polimerasa ??
Euryarchaea
DNA pol D
Bacteria
DNA pol III
29
"La Main de Dieu", 1896, marbre, Auguste Rodin
Klenow fragment
DNA polymerase I from Escherichia coli (1kfs)
palm 2
palm 1
3-5 exonuclease
5-3 exonuclease
thumb
fingers
30
               
DNA pol I
DNA pol II
RT, RP, Tel
Familia Y
Primasa Arch-Euc
Primasa Bacteriana
Nucleotidiltransferasas
DNA pol III
Transcriptasa ??
Familia D
31
DpDd, RpDd
E B
palm
DNA pol I
DpDd
palm
E B A
DNA pol II
DpRd, RpRd
palm
E B
RT, RP, Tel
DpDd
E B A
palm
Familia Y
DpDd, DpDi, ndRNAp
head
E B A
Nucleotidiltransferasas
RpDd
B
toprim
Primasa Bacteriana
RpDd
prim
E A
Primasa Arch-Euc
RpDd, RpRd
E B A
Double psi ?-barrel
Transcriptasa ??
DpDd
A
?
Familia D
DpDd
B
?
DNA pol III
32
Mecanismo de polimerización
(Brautigam Steitz 1998)
33
Motivos conservados
34
Convergencias en el sitio activo
Polimerasa ? (azul)
Archaeal-Eucaryal primasa (rojo)
Polimerasa ?
HIV RT, DNA pol I, T7 RNA pol
(Pelletier, 1994)
(Augustin, 2001)
35
DNA pol II
DNA pol D
Crenarchaea







Euryarchaea


















Sustitución no ortóloga


16SrRNA, árbol NJ
36
Mitocondria
DPOG_YEAST
DNA polymerase
RPOM_YEAST
RNA polymerase
37
Interacción entre la MMLV RT, DNA y rATP en el
sitio activo de la polimerasa
155 Phe
dT
rATP
Phe 155
Val 155
RT
RNA polimerasa
(Gao et al, 1997)
38
Algunos patrones en la evolución de la función de
polimerización
Sustituciones no ortólogas
No es una hipótesis poco parsimoniosa
Polifilética
Convergencias en sitio activo
Plasticidad para cambiar de sustrato
El palm domain puede realizar todas las funciones
que se requieren para entender la evolución
temprana de la polimerización
39
Polimerización del RNA dependiente del RNA
Polimerización del RNA dependiente del DNA
(Polivirus 3d polimerasa)
(T7 RNA polimerasa)
Dominio palm
Polimerización del DNA dependiente del DNA
Polimerización del DNA dependiente del RNA
(Reverso transcriptasa)
(DNA polimerasa I)
40
(Hansen et al, 1997)
41
Bacteria
Archaea-Eucarya
DNA polymerase (palm domain)
Non-ortologous gene displacement
LCA
DNA polymerase (palm domain)
DNA genome
RNA polymerase and RT (palm domain)
DNA-RNA genome
DNA-RNA-protein world
RNA genome
RNA polymerase (palm domain)
RNA-protein world
Ribozyme RNA polymerase
RNA genome
RNA world
42
Es posible estudiar la evolución temprana de
proteínas?
?
RNA
Proteínas
DNA
Divergencia de linajes celulares
LCA
progenote
Origen y evolución temprana del código genético
Genomas de DNA
Origen de la vida
43
Hipótesis
Primeras proteínas
Propiedades catalíticas
Unión al RNA
Los dominios de unión al RNA se encuentran entre
los polipéptidos más antiguos que podemos
reconocer
44
CATH
3.90.800.10
3.40.50.620
2.40.240.10
6.1.84.1
Complejo Glutaminil-tRNA sintetasa-tRNA (1QTQ)
45
(No Transcript)
46
Universo de Proteinas
47
Universo de Proteinas
Blast
48
Universo de Proteinas
Blast
49
Universo de Proteinas
Blast
50
Universo de Proteinas
Psi-Blast
51
Universo de Proteinas
Psi-Blast
52
Universo de Proteinas
Psi-Blast
Matriz posición específica
53
Universo de Proteinas
Psi-Blast
Matriz posición específica
54
Dominio de unión a RNA
BLAST
PSI-BLAST
155 genomas completos
55
Bacteria
Archaea
Ribosomal protein L25p Regulation of
transcríption SacY, TrpBP Regulation of
replication RoP Translation related
domains RNase P
tRNA splicing tRNA_int_endo_N
LCA
Ribosomal proteins L11, L13, L14, L22, L5
N-terminal domain, L5 C-terminal domain, S12, S2,
S7, S9, L23, L29, L30p, L3, S10, S11, S14, S15,
S19, S5 N-terminal domain, S5 C-terminal domain,
S17, Aminoacyl-tRNAsynthetases related domains
HGTP, DARL and NOB, N-Arg domain, Elongation
factor domains EF-Tu domain III, EF-G domain IV,
EF-G domain V, EF-G domain II, Other
domains KOW, Ffh protein, TGT, YrdC, KH
HGT (LCA)
Ribosomal protein L30e Nucleic acid degradation
RNase H Regulation of transcription CspB, NusB,
dsRBD
Ribosomal proteins L19e, L21e, L24e, L31e, L37e,
L39, L44e tRNA splicing tRNA_int_endo,
Fibrillarin, Initiation factor eIF-5a C-terminal
domain
Ribosomal proteins L36, L12, S16, S18, S6,
Tranlsation related domains formyl_trans_C RNA
porcessing RRM, RNase H N-terminal, RNase Sa
aaRS related domains WHEP-TRS Signaling
domains srp 9/14 Ribonuclease domains Ribonucleas
e A
Eucarya
56
Bacteria
Archaea
Ribosomal protein L25p Regulation of
transcríption SacY, TrpBP Regulation of
replication RoP Translation related
domains RNase P
tRNA splicing tRNA_int_endo_N
LCA
Ribosomal proteins L11, L13, L14, L22, L5
N-terminal domain, L5 C-terminal domain, S12, S2,
S7, S9, L23, L29, L30p, L3, S10, S11, S14, S15,
S19, S5 N-terminal domain, S5 C-terminal domain,
S17, Aminoacyl-tRNAsynthetases related domains
HGTP, DARL and NOB, N-Arg domain, Elongation
factor domains EF-Tu domain III, EF-G domain IV,
EF-G domain V, EF-G domain II, Other
domains KOW, Ffh protein, TGT, YrdC, KH
HGT (LCA)
Ribosomal protein L30e Nucleic acid degradation
RNase H Regulation of transcription CspB, NusB,
dsRBD
Ribosomal proteins L19e, L21e, L24e, L31e, L37e,
L39, L44e tRNA splicing tRNA_int_endo,
Fibrillarin, Initiation factor eIF-5a C-terminal
domain
Ribosomal proteins L36, L12, S16, S18, S6,
Tranlsation related domains formyl_trans_C RNA
porcessing RRM, RNase H N-terminal, RNase Sa
aaRS related domains WHEP-TRS Signaling
domains srp 9/14 Ribonuclease domains Ribonucleas
e A
Eucarya
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(No Transcript)
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(No Transcript)