Evid

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Evidência de Recombinação em Alpha-Papilomavírus
Humano

• Abordagens Computacionais

Guilherme Carvalho Leal
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O Papilomavírus

• Vírus de DNA dupla-fita circular
• Infecta mamíferos e aves (HPV, BPV..)
• Célula hospedeira melanócito
• Tem variedades carcinogênicas que causam
  carcinoma no trato genital
• HPV 0,5M casos/ano 274k mortes/ano

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O Papilomavírus
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O Papilomavírus

• 100 tipos de HPV conhecidos hoje
• Possibilidade de recombinação?
• Viabilidade de linhagens engineered
• Surgimento de variações do HPV16
• Grande pluralidade de tipos de HPV
• Freqüente co-infecção por 2 tipos

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Recombinação

• Dois alelos (um de cada gene) que estão
  associados em duas regiões de uma mesma seqüência
  de DNA tornam-se dissociados
• Um dos dois alelos é substituído por algum outro
  alelo encontrados no mesmo locus em uma segunda
  molécula de DNA.

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Recombinação

• Força-chave que dirige a evolução dos genomas
• Combinações de alelos são associadas a doenças
  genéticas e a resistências a drogas em patógenos
• Logo, não deve ser negligenciada

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Recombinação

• 2 tipos clássicos

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Recombinação em HPV

• Angulo, Carvajal-Rodríguez (2007)
• Estimativas de recombinação de diferentes genes
  (E6, E7, L1 e L2) em diferentes grupos
• GI 14 tipos de alto risco mais comuns, n14seqs
• GII 6 tipos de baixo risco, n8seqs
• GIII 3 tipos de baixo risco e 5 de risco
  desconhecido, n12seqs
• HPV16 n8seqs
• clustering por critérios filogenéticos,
  epidemiológicos e clínicos

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Recombinação em HPV

• Mas como estimar a taxa de
  recombinação?
• Phylogenetics-based methods
• Substitution-based methods
• Model-based methods

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Evolução dos Estimadores

• Coalescent likelihood estimators
• 1996-2001 full-likelihood methods
• usavam toda a informação contida nos dados
• (IMPRATICÁVEL!)

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Evolução dos Estimadores

• 2001 em diante pseudolikelihood methods.
  aproximar a full-likelihood, em vez de
  computá-la
• Hudson (2001) composite-likelihood estimator
  (CLE). Analisa os sítios divergentes par a par
• McVean, Awadalla Fearnhead (2002)
• Extensão do CLE de Hudson.

LDhat (package) gt pairwise (program)
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Evolução dos Estimadores

• McVean, Awadalla Fearnhead (2002)
• Assumem um modelo com
• - 2 alelos por locus
• - mutação reversível e simétrica
• - taxa de mutação por geraçãohomogênea nos
  sítios
• Ou seja
• - somente sítios c/ exatos 2 alelos são
  considerados
• - a identidade desses alelos (A, C, G ou T) é
  perdida
• ?Testes com diversos modelos de evolução
  revelaram que esse método é robusto somente para
  pequenos misspecifications do modelo de
  mutação.

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LDhat

• Ldhat (McVean, 2002) pacote de programas escrito
  em C para a análise de recombinação em dados de
  genética populacional
• Programa-chave pairwise

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pairwise

• Entrada
• conjunto de alelos divergentes alinhados
• a localização de cada alelo divergente
• a taxa de mutação da população, ? 4Nµ
• (Ntamanho efetivo da população
  
• µtaxa de mutação por sítio por geração)

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pairwise

• Processamento
• Estima a coalescence likelihood em cada par
  divergente, tratando-os separadamente.
• Pares divergentes são agrupados por equivalência,
  reduzindo a qtd de dados
• Likelihood Permutation Test (LPT)

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pairwise

• - Estima a taxa de recombinação ?
• ? 4Ner (diploid species) ou
• ? 2Ner (haploid species)
• Ne effective population size
• r genetic map distance
• r dS
• d physical distance
• S per site rate of recombination

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pairwise

• Sites file
• 4 10 2
• gtGenotypeA
• 122110?000
• gtGenotypeB
• 1111201100
• gtGenotypeC
• 011111?112
• gtGenotypeD
• 2112210100

data is haplotype(1) or genotype(2)
number of sites in the alignment
number of sequences/genotypes
locs file 10 1200 L 1 57 180 187 223 250
438 509 878 1034
number of SNPs (segregating sites)
total length of the region analysed
model of crossing-over(L) or gene conversion(C)
is fitted
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Evolução dos Estimadores

• Entretanto...
• O método de McVean (2002) é limitado quanto à
  realidade biológica.
• Exemplo HIV1
• Modelo de substituição GTR (General Time
  Reversible)
• Variação entre as taxas de mutação dos diferentes
  sítios
• População muito instável
• Sofre importantes pressões seletivas

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Evolução dos Estimadores

• Carvajal-Rodríguez, Crandall Posada (2006)
• Testaram o pairwise sob modelos
  mais complexos e realísticos
• Liberaram algumas das restrições a fim de
  aumentar a robustez do estimador.

kpairwise
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kpairwise

• As mudanças no kpairwise
• Leva em conta todos os sítios
  não só aqueles com 2 alelos
• A taxa de mutação pode ser variável entre sítios
• Modelo de substituição com 6 taxas para as
  mudanças entre os 4 nucleotídeos (A, C, G e T) em
  vez de uma única taxa entre dois estados
  inespecíficos (1 e 0)
• Modelos populacionais que levam em conta
  diferentes padrões de crescimento, seleção e
  subdivisão

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kpairwise

• Consideravelmente mais lento que o pairwise
• O número de combinações alélicas diferentes é bem
  maior ? enumeração e tabelamento menos eficientes
• Mesmo assim, um sistema de tabelamento guarda os
  likelihoods para um dado ?, os parâmetros da
  substituição de nucleotídeos, o número de
  seqüências e uma grade de valores ?. Cada vez que
  o algoritmo é rodado, procura-se os dados de que
  se precisa nas tabelas se não encontrados, eles
  são calculados e então armazenados.

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kpairwise

• Ainda passível de significativas subestimações
  da taxa de recombinação no caso de
• Crescimento exponencial
• Seleção direcional
• Estruturas populacionais
• Amostragem não-contemporânea
• Logo, novos estimadores de recombinação, mais
  sofisticados, são necessários.

HIV1
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Recombinação em HPV

• Resultados
• Gene com taxa de recombinação mais alta E6
• Gene com sinal de recombinação no maior número de
  grupos L2

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Recombinação em HPV

• Discussão
• A evidência de recombinação em HPV é importante
  porque pode sugerir equívocos em filogenias
  baseadas nos genes em questão
• Novos tipos recombinantes podem estar sendo
  gerados constantemente

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Links

• McVeans LDhat
• http//www.stats.ox.ac.uk/mcvean/LDhat/
• Carvajal-Rodríguezs kpairwise
• http//darwin.uvigo.es/software/kpairwise.html