The evolutionary landscape of the DNA damage response network: a computational approach

Abstract

The DNA Damage response is a crucial signaling network that preserves genome integrity. This network is an ensemble of distinct but often overlapping sub-networks, where participating components exert different functions according to precise spatiotemporal frameworks. To understand how these sub-networks have been assembled and emerged along evolution, we have screened DDR components in 47 selected species covering the tree of life and analyzed their evolutionary and functional properties according to different gene ages and following a variety of classifications. This is the first time a systematic analysis covers the DDR network’s evolution as a whole. Our results indicate that most of the DDR components are ancestral genes, that all the subnetworks contain at least one representative protein traceable to Prokaryota, and that the ancestral core of the DDR machinery is mainly related to repair and is mostly built upon sensor and effector activities. Along evolution the enlargement of the network has occurred through the addition of new components that have evolved to interact and work together with the ancient ones, which may have increased the complexity of the DDR network in terms of fine-tuning and cross-talk to other pathways.

La respuesta al daño en el ADN (DDR) es una red de señalización esencial que mantiene la integridad genética. Esta red es un conjunto de sub-redes distintas, pero a menudo solapantes, donde los componentes que participan desempeñan diversas funciones según marcos espacio-temporales precisos. Para comprender cómo estas sub-redes han surgido a lo largo de la evolución y cómo se han ido ensamblando, hemos buscado componentes de DDR en 47 especies que cubren el árbol de la vida, y hemos analizado sus propiedades evolutivas y funcionales según distintas edades de genes y siguiendo varias clasificaciones. Esta es la primera vez que un análisis sistemático cubre la evolución global de la red de DDR. Nuestros resultados indican que la mayoría de los componentes de la DDR son genes antiguos, que todas las sub-redes contienen al menos un representante trazable hasta procariotas, y que el núcleo ancestral de la maquinaria de DDR está principalmente relacionado con reparación y se construyó sobre actividades de detección y efectores. A lo largo de la evolución, la ampliación de la red ha ocurrido a través de la adición de nuevos componentes que han evolucionado para interaccionar y funcionar junto a los antiguos, lo que puede haber incrementado la complejidad de la red de DDR en términos de precisión y de comunicación con otras redes.