Spectrum and characteristics of missense substitutions in the genes for NADH dehydrogenase subunits in the mtDNA haplogroups prevailing in Northern Eurasia

Abstract

На основе анализа последовательностей митохондриальной ДНК (мтДНК), депонированных в базах данных, исследован спектр аминокислотной изменчивости субъединиц комплекса I дыхательной цепи, кодируемых мтДНК, в зависимости от принадлежности к различным гаплогруппам мтДНК. Установлено, что около 20% аминокислот являются полиморфными в исследованном наборе последовательностей, и для 30% полиморфных аминокислот зарегистрировано более одного мутационного события (гомоплазия). Выявлено действие отрицательного отбора для некоторых генов комплекса I в гаплогруппах мтДНК, распространенных преимущественно в северных широтах. Показано, что индекс консервативности аминокислотных замен в генах комплекса I ниже, чем в других генах мтДНК, а для гена ND1 - выше, чем для других генов комплекса I. Для замен в «северных» гаплогруппах мтДНК по сравнению с распространенными в южных широтах выявлены более высокие средние значения показателя MutPred, отражающего величину эффекта замены аминокислоты на структуру и функцию белка и показателя mtDNA selection score. Based on the analysis of mitochondrial DNA sequences deposited in databases, the spectrum of amino acid variability of the mtDNA-encoded subunits of the respiratory chain complex I was studied depending on mtDNA haplogroup affiliations. It was found that about 20% of amino acids were polymorphic in the studied dataset, and for 30% of polymorphic amino acids more than one mutational event (homoplasy) was registered. The effect of negative selection was revealed for some complex I genes in mtDNA haplogroups, distributed mainly in Northern Eurasia. It has been shown that the conservation index for amino acid substitutions in complex I genes is lower than in other mtDNA genes, and for the ND1 gene this index is higher than for other complex I genes. For the MutPred index and the mtDNA selection score, which reflect the effect of amino acid substitution on the structure and function of the protein, higher average values were registered in the “Northern” mtDNA haplogroups, comparing to the “Southern” haplogroups.