On homology searches by protein Blast and the characterization of the age of genes

Background: It has been shown in a variety of organisms, including mammals, that genes that appeared recently in evolution, for example orphan genes, evolve faster than older genes. Low functional constraints at the time of origin of novel genes may explain these results. However, this observation has been recently attributed to an artifact caused by the inability of Blast to detect the fastest genes in different eukaryotic genomes. Distinguishing between these two possible explanations would be of great importance for any studies dealing with the taxon distribution of proteins and the origin of novel genes. Results: Here we used simulations of protein sequences to examine the capacity of Blast to detect proteins of diverse evolutionary rates in the different species of an eukaryotic phylogenetic tree that included metazoans, fungi and plants. We simulated the evolution of protein genes with the same evolutionary rates than those observed in functional mammalian genes and with among-site rate heterogeneity. Under these conditions, we found that only a very small percentage of simulated ancestral eukaryotic proteins was affected by the Blast artifact. We show that the good detectability of Blast is due to the heterogeneity of protein evolutionary rates at different sites, since only a small conserved motif in a sequence suffices to detect its homologues. Our results indicate that Blast, at least when applied within eukaryotes, only misses homologues of extremely fast-evolving sequences, which are rare in the mammalian genome, as well as sequences evolving homogeneously or pseudogenes.Conclusion: Although great care should be exercised in the recognition of remote homologues, most functional mammalian genes can be detected in eukaryotic genomes by Blast. That is, the majority of functional mammalian genes are not as fast as for not being detected in other metazoans, fungi or plants, if they had been present in these organisms. Thus, the correlation previously found between age and rate seems not to be due to a pure Blast artifact, at least for mammals. This may have important implications to understand the mechanisms by which novel genes originate.

Evolution based on domain combinations: the case of glutaredoxins

Background: Protein domains represent the basic units in the evolution of proteins. Domain duplication and shuffling by recombination and fusion, followed by divergence are the most common mechanisms in this process. Such domain fusion and recombination events are predicted to occur only once for a given multidomain architecture. However, other scenarios may be relevant in the evolution of specific proteins, such as convergent evolution of multidomain architectures. With this in mind, we study glutaredoxin (GRX) domains, because these domains of approximately one hundred amino acids are widespread in archaea, bacteria and eukaryotes and participate in fusion proteins. GRXs are responsible for the reduction of protein disulfides or glutathione-protein mixed disulfides and are involved in cellular redox regulation, although their specific roles and targets are often unclear. Results: In this work we analyze the distribution and evolution of GRX proteins in archaea,bacteria and eukaryotes. We study over one thousand GRX proteins, each containing at least one GRX domain, from hundreds of different organisms and trace the origin and evolution of the GRX domain within the tree of life. Conclusion: Our results suggest that single domain GRX proteins of the CGFS and CPYC classes have, each, evolved through duplication and divergence from one initial gene that was present in the last common ancestor of all organisms. Remarkably, we identify a case of convergent evolution in domain architecture that involves the GRX domain. Two independent recombination events of a TRX domain to a GRX domain are likely to have occurred, which is an exception to the dominant mechanism of domain architecture evolution.

Evolució i estabilitat d’àcids grassos i vitamines antioxidants a la llet materna

Recerca realitzada durant el periode Gener 2006-Abril 2007, a la Facultat de Farmàcia de la Universitat de Barcelona sota la direcció de la Dra. M. Carmen López Sabater. La nutrició durant els primers anys de vida té una enorme importància, amb repercussions en el creixement i desenvolupament del nen i en les possibles malalties futures. Tenint en compte que la llet materna és l’aliment ideal per al nadó durant els primers sis mesos de vida, és important conéixer la composició nutricional de la mateixa i la seva evolució al llarg de la lactància (calostre, llet de transició i madura). La llet conté nutrients majoritaris (proteïnes, carbohidrats i lípids) i nutrients minoritaris, com vitamines i minerals. S'ha desenvolupat i validat un mètode per a la determinació d'àcids grassos (AG) i Àcid Linoleic Conjugat (CLA) en llet materna per Cromatografia de Gasos "fast" (fast-GC), permetent reduir el temps d'anàlisi considerablement en comparació amb els mètodes utilitzats fins el moment. La repetibilitat i reproducibilitat trobades han estat bones, amb coeficients de variació inferiors al 10% en tots els casos. L'aplicació a 6 mostres de llet materna ha demostrat que es tracta d'un mètode senzill, ràpid, eficient i pràctic per a l'anàlisi rutinari d'un elevat nombre de mostres. També s'ha començat a desenvolupar un mètode per a l'anàlisi dels anàlegs de tocoferol de la llet materna, degut a l'interès de la vitamina E com a antioxidant natural. És un mètode per Cromatografia Líquida d'Ultra Resolució (UPLC) amb detecció per Fluorescència (FD) i per Photodiode Array (PDA) que permet treballar amb quantitats de mostra petites mantenint o inclús millorant la sensibilitat i reduint el temps d’anàlisi.

Anàlisi de l'expressió de gens de proteïnes de cohesió cromosòmica en oòcits humans

Projecte de recerca elaborat a partir d’una estada al Mount Sinai School Mountain, Estats Units, entre abril i juliol del 2007. Les aneuploïdies cromosòmiques en humans constitueixen un problema genètic amb gran repercussió clínica i social. Afecten un 5% dels embarassos reconeguts clínicament i la seva incidència augmenta amb l’edat materna Les aneuploïdies estan íntimament lligades al procés d’oogènesi, que ha demostrat ser un procés que tendeix encara més a l’error a mesura que la dona envelleix. Estudis recents realitzats en ratolí han demostrat que la deficiència d’una proteïna de cohesió cromosòmica (SMC1b) provoca l’aparició d’aneuploïdies i que augmenta amb l’edat, similarment a la situació en la dona. Fins al moment, però, no hi ha estudis al respecte en l’espècie humana. Durant l’estada es va posar a punt una metodologia per analitzar l’expressió de SMC1b en oòcits humans, amb la finalitat de demostrar si la seva expressió disminueix a mesura que la dona envelleix, i pot explicar l’efecte de l’edat materna sobre la taxa d’aneuploïdies.

Organització nuclear dels gens que codifiquen per a les proteïnes làcties en cèlules epitelials mamàries en diferents estadis de desenvolupament

Estudi realitzat a partir d’una estada al Institut National de la Recherche Agronomique (INRA), a França, entre 2006 i 2008. En el ultims anys, estudis realitzats en diferents tipus cel•lulars han pogut determinar l’importància de l’organització nuclear en el control i regulació gènica. S’han realizat diferents experiments per tal de determinar si la posició dels gens de les proteïnes làcties en el nucli interfàsic de cel•lules epitelials mamaries és important per regular la seva expressió. Els gens de les proteïnes de la llet s’expressen a la glàndula mamaria durant la lactació en resposta a les hormones lactogèniques (majoritàriament prolactina i glucocorticoids). Mitjançant la tècnica de FISH (fluorescent in situ hibridization) en 3D s’ha caracteritzat la localització nuclear del gens WAP (whey acidic protein) i les caseïnes en cèl•lules epitelials mamaries de ratolí (HC11) cultivades en l’absència i presencia d’hormones lactogèniques. En absència d’hormones, els dos gens estan distribuïts dins del nucli de forma no aleatòria, el gen WAP es troba localitzat en l’interior del nucli, mentre que les caseïnes es troben localitzades prop de la perifèria nuclear. L’estimulació hormonal indueix un canvi significatiu en la distància dels dos gens a la perifèria nuclear. Així mateix, la posició del locus de la caseïna en relació al seu territori cromosòmic (CT) 5 està correlacionada amb la inducció hormonal i per tant amb la seva activació transcripcional, mentre que la posició del gen WAP amb relació al seu CT11 sembla més determinada pel context cromosòmic del gen. Per últim, no s’han trobat diferencies en la localització dels gens en relació a l'heterocromatina del centròmer, descrit com a compartiment repressiu, entre les cèl•lules estimulades amb hormones i les que no. En els dos casos s’ha trobat un gran percentatge de gens que no estan associats als centròmers.

Nous actors, noves cultures? : evolució de les polítiques ambientals a Catalunya : els casos de l'aigua i l'energia

Les polítiques ambientals són el resultat d’un gran nombre de factors: el context social, el moment polític, el marc internacional, etc. En l’àmbit català s’ha demostrat que un factor que pot impactar de manera rellevant és l’aflorament de moviments ciutadans que reclamen canvis en les formes de fer política, encaminant-les cap a models més sostenibles. Malgrat sembli complicat que en el cas de l’energia es donin les condicions que van permetre el pas a la Nova Cultura de l’Aigua, no es descarta la possibilitat que s’arribi per altres mitjans a un canvi del paradigma energètic, ja que no tots els canvis són sempre apreciables des dels seus inicis.

Estudi de l'evolució del sòl urbà a la Vall d'Àneu

Aquest treball té com a principal objectiu analitzar l’evolució del sòl urbà als pobles de la Vall d’Àneu, dins l’àmbit del Parc Natural de l’Alt Pirineu. La Vall d’Àneu, situada en el Pirineu axial català, està formda pels municipis de l’Alt Àneu, Espot, Esterri d’Àneu i La Guingueta d’Àneu, i amb un total de 24 poblacions, totes elles per sota la cota de 1500 m. A mitjans del segle passat, el conjunt de pobles de la Vall mostraven una homogeneïtat envers la seva grandaria i distribució, on l’alçada no era un factor determinant. En les darreres dècades, la Vall d’Àneu ha experimentat un creixement demogràfic i econòmic, basat en el sector serveis (estacions d’esquí, turisme rural, esports d’aventura, etc.). Aquest gir econòmic ha desencadenat un creixmenet de les poblacions, accentuat en els últims anys. Aquest no ha estat homogeni, sinó que s’ha focalitzat en determinades zones segons el període. Així, en els darrers anys, aquest creixement s’ha centrat en els pobles propers a les pistes d’esquí i segons les previsions del PTPAPiA per l’any 2026, la tendència seguirà sent la mateixa.

Evolució del paisatge de l'Horta de Lleida (1956/57-2003): transformació d'un paisatge de secà a regadiu

Els paisatges agraris al llarg del temps s’han transformat i han evolucionat segons les necessitats de la societat d’aquell moment. L’aigua ha estat el principal element transformador en l’agricultura del segle XX, i el cas de l’horta de Lleida, és un clar exemple de com l’aigua ha desenvolupat una agricultura que poc a poc s’ha caracteritzat per tenir majoritàriament cultius de regadiu, tot i ser una de les zones més àrides i amb menys precipitacions de Catalunya, a diferència de les zones de secà, que han anat desapareixen. Quantificar i analitzar els canvis que influeixen en la dinàmica del territori, han estat possibles a partir de l’estudi de fonts documentals històriques, tant escrites com gràfiques, com són els cadastres de rústica, les imatges aèries i els ortofotomapes. Mitjançant aquest valuós recurs històric s’ha pogut detectar i analitzar els principals canvis en els usos del sòl esdevinguts durant el període de 1956 a 2003 en determinades zones de l’horta de Lleida, a més ha servit per estimar les repercussions en el paisatge del consum d’aigua.

Evolució de les poblacions d'algues i dels paràmetres fisicoquímics de dos bassals de la Riera de la Valleta

Treball de recerca realitzat per un alumne d’ensenyament secundari i guardonat amb un Premi CIRIT per fomentar l'esperit científic del Jovent l’any 2008. S’ha observat l’evolució de les poblacions d’algues (i d’altres microorganismes) de dos bassals de la riera de la Valleta –Alt Empordà – que, durant l’estiu, quan aquesta riera s’asseca, conserven l’aigua. S’han mesurat diversos paràmetres fisicoquímics de diverses mostres (temperatura, pH, percentatge d’oxigen i lluminositat) intentant trobar relacions entre alguns d’aquests paràmetres, i entre aquests i les poblacions d’algues observades.

Efectes del tipus de contracte en l'evolució de la dispersió salarial a Espanya (1995-2002)

Estudi realitzat a partir d’una estada a la Universidad de Alcalà de Henares, Espanya, des de juliol fins desembre del 2006. Es parteix de la constatació de l'existència d'una bretxa salarial a favor dels treballadors que afavoreix als treballadors amb contracte indefinit i dels estudis precedents centrats en la comparació entre individus representatius per a cada col•lectiu, indefinit i temporal. Així, es va plantejar la idea que el diferencial salarial, i els seves causes, poden ser distintes segons el nivell retributiu. Aquesta hipòtesi ha dut a estendre l'estudi de la possible existència de discriminació salarial contra els treballadors temporals al conjunt de la distribució salarial, seguint l’aproximació metodològica suggerida per Jenkins (1994) i amb els extensions a aquestes de Favaro i Magrini (2003) i Del Rio et al. (2004). Paral•lelament, s'ha proposat una descomposició detallada de les diferències salarials mitjanes entre dos grups d'interès en presència d'un procés de selecció relacionat amb el de determinació dels salaris.

Buidatge bibliogràfic i documental del arxius andorrans en relació amb l'evolució històrica de les valls del Madriu, Perafita i Claror (Escaldes-Engordany, Andorra)

Proyecto de investigación realizado a partir de una estancia en Andorra entre mayo y agosto del 2007. Se ha consultado y vaciado varios tipos de documentación para complementar los trabajos históricos, arqueológicos y paleoambientales desarrollados en los valles de Madriu, Perafita i Claror (Andorra ). El vaciado ha aportado documentos que hacen referencia directa a los usos del suelo y el carácter administrativo del área de estudio.

Evolució del poblament i organització del territori a la Catalunya interior durant l'Antiguitat Tardana i l'Alta Edat Mitjana: els casos de la Catalunya Central (Bages, Berguedà i Solsonès) i la Garrotxa (segles V-X)

Projecte de recerca elaborat a partir d’una estada a la Université de Toulouse 2 – Le Mirail entre gener i juny del 2007. En concret, l’estada efectuada ha suposat la integració de qui signa aquesta memòria dins l’equip al-Andalus/Hispaniae, dirigit pel professor Philippe Sénac, una de les diverses branques que conformen el grup FRAMESPA d’aquella universitat, unitat de recerca adscrita al CNRS (UMR 5136). El títol proposat per al contingut de la recerca en la sol•licitud presentada, Evolució del poblament i organització del territori a la Catalunya interior a l’Alta Edat Mitjana, encapçalava un pla de treball que tenia per objectiu la recopilació i l’anàlisi de dades arqueològiques i textuals que oferissin un escenari a partir del qual establir una seqüència evolutiva en relació a les diferents tendències pel que fa al poblament tardoantic i altmedieval en dues zones diferenciades com són les conques mitjanes dels rius Llobregat i Cardener, a la Catalunya Central, i la capçalera del riu Fluvià, a la Garrotxa. Així, s’han pogut detectar, a partir de la contrastació de les diferents dades, fenòmens diversos que reflecteixen la incidència dels successius canvis històrics a nivell territorial i de poblament.

Manipulació genètica de vectors virals per a estratègies de teràpia gènica en malalties autoimmunes

Els tractaments actuals per a la Malaltia de Crohn es basen en l’administració de proteïnes recombinants amb capacitat immunosupressora. Aquests tractaments són sistèmics, crònics i causen el desenvolupament d’efectes secundaris severs com infeccions amb patògens oportunistes i una major incidència de tumors. Passar d’una administració sistèmica dels immunosupressors a una administració local sembla clau per evitar la severitat i el nombre de complicacions secundàries. Ha sigut descrit recentment que el subconjunt cel•lular Th-17 juga un paper central en moltes malalties autoimmunes en humans, com ara la Malaltia de Crohn, Escleroderma, Artritis reumatoide o Psoriasis. Per determinar com la via del Th-17 es veu afectada durant el desenvolupament i els estadis aguts de la malaltia, analitzarem una gran bateria de interleuquines/citoquines i els mecanismes intracel•lulars d’activació/inhibició de l’activitat de les cèl•lules del Sistema Immune. En un segon pas, clonarem els gens seleccionats relacionats amb la immunomodulació de la via del Th-17 en vectors recentment desenvolupats (adenovirus quimera 5/40 o diferents pseudotips d’AAVs ), ja que hipotitzem que una producció local d’immunomoduladors s’assolirà amb una eficiència major fent servir aquests vectors, evitant així els efectes secundaris. A aquests efectes, hem començat el projecte clonant els gens de la IL10 i del receptor transmembrenal de la IL23 en adenovirus i en genomes d’AAV.