Published March 29, 2016
| Version v1
Publication
Open
A Quantitative Approach to Analyzing Genome Reductive Evolution Using Protein–Protein Interaction Networks: A Case Study of Mycobacterium leprae
- 1. University of Cape Town
- 2. University of Jos
- 3. African Institute for Mathematical Sciences Ghana
- 4. African Institute for Mathematical Sciences
Description
The advance in high-throughput sequencing technologies has yielded complete genome sequences of several organisms, including complete bacterial genomes. The growing number of these available sequenced genomes has enabled analyses of their dynamics, as well as the molecular and evolutionary processes which these organisms are under. Comparative genomics of different bacterial genomes have highlighted their genome size and gene content in association with lifestyles and adaptation to various environments and have contributed to enhancing our understanding of the mechanisms of their evolution. Protein-protein functional interactions mediate many essential processes for maintaining the stability of the biological systems under changing environmental conditions. Thus, these interactions play crucial roles in the evolutionary processes of different organisms, especially for obligate intracellular bacteria, proven to generally have reduced genome sizes compared to their nearest free-living relatives. In this study, we used the approach based on the Renormalization Group (RG) analysis technique and the Maximum-Excluded-Mass-Burning (MEMB) model to investigate the evolutionary process of genome reduction in relation to the organization of functional networks of two organisms. Using a Mycobacterium leprae (MLP) network in comparison with a Mycobacterium tuberculosis (MTB) network as a case study, we show that reductive evolution in MLP was as a result of removal of important proteins from neighbors of corresponding orthologous MTB proteins. While each orthologous MTB protein had an increase in number of interacting partners in most instances, the corresponding MLP protein had lost some of them. This work provides a quantitative model for mapping reductive evolution and protein-protein functional interaction network organization in terms of roles played by different proteins in the network structure.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
أنتج التقدم في تقنيات التسلسل عالي الإنتاجية تسلسلات جينومية كاملة للعديد من الكائنات الحية، بما في ذلك الجينومات البكتيرية الكاملة. وقد مكن العدد المتزايد من هذه الجينومات المتسلسلة المتاحة من تحليل ديناميكياتها، وكذلك العمليات الجزيئية والتطورية التي تخضع لها هذه الكائنات الحية. سلط علم الجينوم المقارن للجينومات البكتيرية المختلفة الضوء على حجم الجينوم ومحتواه الجيني بالاقتران مع أنماط الحياة والتكيف مع البيئات المختلفة وساهم في تعزيز فهمنا لآليات تطورها. تتوسط التفاعلات الوظيفية للبروتين العديد من العمليات الأساسية للحفاظ على استقرار النظم البيولوجية في ظل الظروف البيئية المتغيرة. وبالتالي، تلعب هذه التفاعلات أدوارًا حاسمة في العمليات التطورية للكائنات الحية المختلفة، خاصة بالنسبة للبكتيريا داخل الخلايا الملزمة، والتي ثبت عمومًا أنها قللت من أحجام الجينوم مقارنة بأقرب أقاربها الأحرار. في هذه الدراسة، استخدمنا النهج القائم على تقنية تحليل مجموعة إعادة التطبيع (RG) ونموذج الحد الأقصى للحرق الجماعي المستبعد (MEMB) للتحقيق في العملية التطورية للحد من الجينوم فيما يتعلق بتنظيم الشبكات الوظيفية لكائنين. باستخدام شبكة المتفطرة الجذامية (MLP) مقارنة بشبكة المتفطرة السلية (MTB) كدراسة حالة، نظهر أن التطور الاختزالي في MLP كان نتيجة لإزالة البروتينات المهمة من جيران بروتينات MTB المقابلة. في حين أن كل بروتين إم تي بي عظمي كان له زيادة في عدد الشركاء المتفاعلين في معظم الحالات، فقد بروتين إم إل بي المقابل بعضًا منهم. يوفر هذا العمل نموذجًا كميًا لرسم خرائط التطور الاختزالي وتنظيم شبكة التفاعل الوظيفي للبروتين والبروتين من حيث الأدوار التي تلعبها البروتينات المختلفة في بنية الشبكة.Translated Description (French)
Les progrès des technologies de séquençage à haut débit ont donné des séquences génomiques complètes de plusieurs organismes, y compris des génomes bactériens complets. Le nombre croissant de ces génomes séquencés disponibles a permis d'analyser leur dynamique, ainsi que les processus moléculaires et évolutifs auxquels ces organismes sont soumis. La génomique comparative de différents génomes bactériens a mis en évidence leur taille et leur contenu génique en association avec les modes de vie et l'adaptation à divers environnements et a contribué à améliorer notre compréhension des mécanismes de leur évolution. Les interactions fonctionnelles protéine-protéine médient de nombreux processus essentiels pour maintenir la stabilité des systèmes biologiques dans des conditions environnementales changeantes. Ainsi, ces interactions jouent un rôle crucial dans les processus évolutifs de différents organismes, en particulier pour les bactéries intracellulaires obligatoires, dont la taille du génome est généralement réduite par rapport à leurs parents libres les plus proches. Dans cette étude, nous avons utilisé l'approche basée sur la technique d'analyse du groupe de renormalisation (RG) et le modèle de combustion de masse exclue maximale (MEMB) pour étudier le processus évolutif de réduction du génome en relation avec l'organisation des réseaux fonctionnels de deux organismes. En utilisant un réseau de Mycobacterium leprae (MLP) en comparaison avec un réseau de Mycobacterium tuberculosis (MTB) comme étude de cas, nous montrons que l'évolution réductrice de la MLP résulte de l'élimination de protéines importantes des voisins des protéines MTB orthologues correspondantes. Bien que chaque protéine MTB orthologue ait eu une augmentation du nombre de partenaires en interaction dans la plupart des cas, la protéine MLP correspondante en avait perdu certains. Ce travail fournit un modèle quantitatif pour cartographier l'évolution réductrice et l'organisation du réseau d'interaction fonctionnelle protéine-protéine en termes de rôles joués par différentes protéines dans la structure du réseau.Translated Description (Spanish)
El avance en las tecnologías de secuenciación de alto rendimiento ha producido secuencias genómicas completas de varios organismos, incluidos genomas bacterianos completos. El creciente número de estos genomas secuenciados disponibles ha permitido analizar su dinámica, así como los procesos moleculares y evolutivos en los que se encuentran estos organismos. La genómica comparativa de diferentes genomas bacterianos ha destacado el tamaño de su genoma y el contenido genético en asociación con los estilos de vida y la adaptación a diversos entornos y ha contribuido a mejorar nuestra comprensión de los mecanismos de su evolución. Las interacciones funcionales proteína-proteína median muchos procesos esenciales para mantener la estabilidad de los sistemas biológicos en condiciones ambientales cambiantes. Por lo tanto, estas interacciones desempeñan un papel crucial en los procesos evolutivos de diferentes organismos, especialmente para las bacterias intracelulares obligadas, que generalmente tienen tamaños de genoma reducidos en comparación con sus parientes de vida libre más cercanos. En este estudio, utilizamos el enfoque basado en la técnica de análisis Renormalization Group (RG) y el modelo Maximum-Excluded-Mass-Burning (MEMB) para investigar el proceso evolutivo de reducción del genoma en relación con la organización de redes funcionales de dos organismos. Utilizando una red de Mycobacterium leprae (MLP) en comparación con una red de Mycobacterium tuberculosis (MTB) como estudio de caso, mostramos que la evolución reductora en MLP fue el resultado de la eliminación de proteínas importantes de los vecinos de las proteínas MTB ortólogas correspondientes. Si bien cada proteína MTB ortóloga tuvo un aumento en el número de compañeros que interactúan en la mayoría de los casos, la proteína MLP correspondiente había perdido algunos de ellos. Este trabajo proporciona un modelo cuantitativo para mapear la evolución reductiva y la organización de la red de interacción funcional proteína-proteína en términos de los roles desempeñados por diferentes proteínas en la estructura de la red.Files
pdf.pdf
Files
(2.4 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:97c866b1dfacfdeab57e42a8cf45e736
|
2.4 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- نهج كمي لتحليل التطور الاختزالي للجينوم باستخدام شبكات التفاعل بين البروتين والبروتين: دراسة حالة للمتفطرة الجذامية
- Translated title (French)
- A Quantitative Approach to Analyzing Genome Reductive Evolution Using Protein–Protein Interaction Networks : A Case Study of Mycobacterium leprae
- Translated title (Spanish)
- Un enfoque cuantitativo para analizar la evolución reductora del genoma utilizando redes de interacción proteína-proteína: un estudio de caso de Mycobacterium leprae
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W2329715752
- DOI
- 10.3389/fgene.2016.00039
References
- https://openalex.org/W1494182669
- https://openalex.org/W1594260480
- https://openalex.org/W1596953451
- https://openalex.org/W1973353128
- https://openalex.org/W1980999075
- https://openalex.org/W1982573076
- https://openalex.org/W1993158258
- https://openalex.org/W2002363009
- https://openalex.org/W2003454602
- https://openalex.org/W2003895827
- https://openalex.org/W2017822932
- https://openalex.org/W2023889921
- https://openalex.org/W2040874922
- https://openalex.org/W2042926369
- https://openalex.org/W2046125269
- https://openalex.org/W2055043387
- https://openalex.org/W2063822856
- https://openalex.org/W2064981323
- https://openalex.org/W2069274680
- https://openalex.org/W2069601176
- https://openalex.org/W2085963663
- https://openalex.org/W2086823613
- https://openalex.org/W2090122310
- https://openalex.org/W2095035319
- https://openalex.org/W2095867585
- https://openalex.org/W2096525273
- https://openalex.org/W2097312469
- https://openalex.org/W2105851205
- https://openalex.org/W2105924489
- https://openalex.org/W2112090702
- https://openalex.org/W2113613985
- https://openalex.org/W2114850508
- https://openalex.org/W2122148522
- https://openalex.org/W2130687290
- https://openalex.org/W2139087731
- https://openalex.org/W2146019745
- https://openalex.org/W2147153627
- https://openalex.org/W2151971699
- https://openalex.org/W2163480486
- https://openalex.org/W2164217177
- https://openalex.org/W2164450739
- https://openalex.org/W2314283799
- https://openalex.org/W2500220314
- https://openalex.org/W2739999456
- https://openalex.org/W2964631455
- https://openalex.org/W4212865600
- https://openalex.org/W4243102482
- https://openalex.org/W4246654191
- https://openalex.org/W4250297812
- https://openalex.org/W4390476433