Estudo da variabilidade do gene HLA-A e detecção de assinaturas de seleção natural atuando em cada segmento do gene

Abstract

O Complexo HLA (Human Leukocyte Antigen Complex) é a região mais variável do genoma humano. O gene HLA-A é o segundo mais polimórfico do grupo e responsável por codificar moléculas envolvidas no processo de apresentação antigênica e modulação das células NK (Natural Killer). Diversos estudos avaliaram a variabilidade do gene HLA-A em populações mundiais. No entanto, estes estudos focaram-se principalmente na variabilidade dos éxons, ignorando a variabilidade de íntrons e regiões regulatórias. A variabilidade do gene HLA-A é particularmente elevada no segmento que codifica a fenda de ligação a peptídeos (éxons 2 e 3), relacionado com a função de apresentação antigênica e alvo de seleção balanceadora. No presente estudo avaliamos a diversidade genética do gene HLA-A considerando um segmento contínuo que compreende o promotor estendido (1.5 Kb upstream do primeiro ATG traduzido), todos os éxons (incluindo a região 3’ não-traduzida) e íntrons por meio de sequenciamento paralelo massivo. As estratégias computacionais empregadas no estudo utilizam-se de programas de livre acesso ou desenvolvidos localmente, viabilizando um mapeamento adequado das sequências produzidas e a genotipagem/haplotipagem para genes HLA. A variabilidade detectada para o gene HLA-A em uma amostra brasileira demonstrou que os segmentos regulatórios apresentam poucas sequências diferentes, porém as sequências existentes são bastante divergentes entre si. As variantes regulatórias apresentam alto desequilíbrio de ligação com variantes da região codificadora. Assim como os éxons, os íntrons do gene HLA-A são bastante variáveis. Além disso, padrões de diversidade molecular sugerem que a região promotora, juntamente com a região codificadora, estão sob o mesmo tipo de pressão seletiva, mas um cenário diferente é observado para o éxon 4 e para a região 3’ não-traduzida.

HLA-A is the second most polymorphic loci at the Human Leucocyte Antigen (HLA) complex and encodes a key molecule for antigen presentation and NK cell modulation. Many studies have evaluated HLA-A variability in worldwide populations focusing mainly on exons, and the regulatory segments are poorly characterized. HLA-A variability is particularly high at the segment encoding the peptide-binding groove (exons 2 and 3), which is probably related to their antigen presentation function and balancing selection acting at these segments. Here we evaluate the variability and haplotypes of the HLA-A gene considering a continuous segment encompassing the extended promoter (1.5 Kb upstream the first translated ATG), all exons and introns, and the entire 3’ untranslated region, by using massively parallel sequencing. To achieve this goal, we used a freely available bioinformatics workflow that optimizes read mapping for HLA genes and defined haplotypes using either the phase among variable sites observed directly in sequencing data or probabilistic models. The HLA-A variability detected in a highly admixed population sample from Brazil demonstrates that the HLA-A regulatory segments present few, but divergent haplotypes. The regulatory segments are in close association with the coding alleles. Introns segments are also quite variable. In addition, patterns of molecular diversity suggest that the promoter, in addition to the coding region, might be under the same selective regime, but a different scenario arises when it comes to exon 4 and 3’UTR segment.