Identification of missing links in eukaryotic metabolism through coevolutionary analysis

La coevoluzione a livello genico, descritta da eventi correlati di perdita o guadagno di geni, può emergere dall'analisi del profilo filogenetico, ma non è ancora stato universalmente riconosciuto un metodo ottimale. In questa tesi di dottorato sono descritte due diverse applicazioni di una procedura adatta all'analisi su larga scala, insieme a convalide sperimentali del nuovo strumento bioinformatico. Questa metrica è in grado di identificare la coevoluzione in profili con basse somiglianze complessive grazie all’identificazione delle transizioni di stato (cioè 1->0 o 0->1) condivise tra i profili filogenetici. Abbiamo applicato la procedura a ampie raccolte di ortogruppi ottenute dal database OrthoDB o, in alternativa, abbiamo costruito de novo ortogruppi identificati a partire dal gene umano. Per dimostrare la capacità del metodo di prevedere associazioni geniche nascoste, sono state studiate due famiglie di geni eucariotici attraverso studi in vitro di proteine ricombinanti; queste indagini hanno portato ad assegnare la funzione di ureidoglicolato liasi ai geni definiti come "malato sintasi" nei Metazoi e la funzione di 2-aminomuconato reduttasi a geni definiti come "aspartato deidrogenasi" nei vertebrati. L'identificazione della "malato sintasi" come candidato per l'attività mancante nel catabolismo delle purine spiega la presenza di geni del ciclo del gliossilato nei metazoi e suggerisce un ruolo anaplerotico della degradazione delle purine negli eucarioti.l riposizionamento del gene ASPDH nella via di degradazione del triptofano chiarisce la sua conservazione nel corso dell'evoluzione degli eucarioti nonostante l'abolizione della funzione ancestrale nella biosintesi del NAD.