TIENEN LOS ELEMENTOS MÓVILES UN PAPEL REGULADOR EN EL GENOMA? Judith Perisé Barrios Módulo: Genómica y Proteómica Máster Genética-UAB Junio 2009

Transcripción

1 TIENEN LOS ELEMENTOS MÓVILES UN PAPEL REGULADOR EN EL GENOMA? Judith Perisé Barrios Módulo: Genómica y Proteómica Máster Genética-UAB Junio 2009

2 1.- Por qué son importantes los elementos móviles? Alteran genes funcionales por inserción(región codificadora o reguladora) Inducen la reorganización cromosómica Como fuente de material genético, dan lugar a familias génicas: secuencias parálogas no codificantes han sido originadas por elementos móviles. nuevosgenes:duplicaciónyevolucióndeunadelascopias. Duplicación en tándem translocación de una copia. Directamente por transposición (sin homología de secuencia) Aprox. 50 genes generados por transposones importante en la evolución Bejerano G, et al. (2006) Nature 441:87-90) / Lewin, Benjamin: Genes VIII

3 2.-Elementos reguladores en maíz son transponibles 10 transposones de cada familia / genoma En maíz cada familia de transposones contiene elementos de dos clases: - Elemento regulador autónomo: transposón activo. -Se escinde y transpone - ORF entre las dos secuencias repetidas en los extremos - Elemento regulador no autónomo: transposasa no funcional - Necesita un elemento autónomo de la misma familia

4 2.-Familias de elementos reguladores Interacciones autónomos y no autónomos. Familia: un tipo de elemento autónomo + elementos no autónomos(activados en trans). Las familias más importantes son: Mu tiene repeticiones invertidas, pero secuencia interna no relación con MuDR. También es movilizado por MURA (mudra) puede que prot accesoria no esencial(mudrb). Lewin, Benjamin: Genes VIII

5 2.-Familias de elementos reguladores A nivel molecular: familia Ac/Ds Ac deleciones Ds. Ac: 5 exones transposasa. -11pbsonIRenlosextremos. - 8pb son duplicadas en el sitio de inserción. Ds:terminanenlosmismos11pbIR -máscortosquelosac -Ds9deleciónen194pb -Ds6soloson2kb. Familia de Ds1 solo comparten las IR con Ac. Podrian derivar por algún mecanismo que hubiera generado las IR. Su existencia sugiere que la transposasa reconoce solo las IR(puede que con secuencia corta entre ellas). Lewin, Benjamin: Genes VIII

6 3.- Qué puede pasar? Elemento regulador autónomo: - Forma inactiva metilada CAG/GTC. - Inserción alelo inestable. - Pérdida: alelo inestable estable Aumento de Ac disminuye frecuencia transposición. Elementos Ac podrían codificar para represor de transposición, (función de la misma proteína transposasa). Elemento regulador no autónomo: -Estables(no cambios espontáneos). Inestables si hay complementación. - Transposición de Ds poco después de replicación del elemento donador. -Se generan dos copias de un potencial donador Ac, pero solo una transpone porquésedaesto? 1) la transposasa diferencia entre las dos hebras de DNA(Tn10). 2) o bien, la transposasa reconoce con más eficiencia unos sitios de metilación que otros. Lewin, Benjamin: Genes VIII

7 4.-En Drosophila TEs estan implicados en la generación de inversiones. TEs tienen efecto sobre la expresión génica: - por modificación de las regiones funcionales - por interferencia con la transcripción de genes adyacentes

8 Inversión 2j(Drosophila buzzatii) expresión CG13617 Puntoderoturaa12bpdelaregióncodificante. Kepler dirige síntesis RNA antisentido silencia CG13617mRNA Puig M, Cáceres M and Ruiz A. (2004)PNAS 101(24):

9 Expresión: embrión, larva, pupa y adulto. Northern blot de CG13617 Cuantificación relativa: -CG13617mRNA -antisentido mrna -mrna del gen Pp1α-96ª. Real-time RT-PCR Detección de dsrna (tratados con RNasa para degradar ssrna) Puig M, Cáceres M and Ruiz A. (2004)PNAS 101(24):

10 Conclusiones: CG13617 silenciado en embriones homocigotos inversión 2j. Silenciamiento viene dado por la transcripción del RNA antisentido por parte del transposón Kepler insertado en el punto de rotura próximo al gen. Elementos móviles como fuente de variación genética. Elementos móviles reordenamientos cromosómicos. Efecto posicional ++ importante posible contribución en evolución. Puig M, Cáceres M and Ruiz A. (2004)PNAS 101(24):

11 5.-En humanos Analisis comparativos de genomas de mamíferos: - Al menos 5% del genoma humano bajo selección purificadora. -Exones son regiones conservadas más estudiadas(son 1/3 de todo el 5%). -La mayor parte de las bases conservadas en el genoma no aparecen en los transcritos maduros de mrna. Elementos móviles individuales que adquieren función celular proceso de exaptation (opuesto a adaptación).

12 IDEOGRAMA DE Hsa11q Densidad de CNE (elementos no exónicos obligados). Densidad de genes codificantes de proteínas. Anti-correlación de los eventos de exaptation con la densidad génica. Clusters de exaptation son más frecuentes en gene deserts sugiere que estos clusters tendrían una función reguladora(cis-regulación). Lowe CB, Bejerano G and Haussler D (2007) PNAS 104(19):

13 Elementos no exónicos CONSERVADOS Anotaciones con RepeatMasker Intersección da los elementos no exónicos obligados que habrían adquirido una nueva función celular. Lowe CB, Bejerano G and Haussler D (2007) PNAS 104(19):

14 Posible hipótesis: Dispersión de secuencias repetitivas potencialmente adquirir nuevas funciones generación genes co-regulados. aumentando una ruta ya existente creandounarutanueva impendesarrollo Transposones predispuestos a insertarse y permanecer cerca de genes de regulación del desarrollo. Estudios de evolución del linaje humano: Exceso de transposones cerca de genes de adhesión celular. desarrollo de redes neuronales?? Falta todavía saber cómo los elementos no exónicos obligados exapted afectan a la expresión de los genes de desarrollo en el contexto de las redes reguladoras. Lowe CB, Bejerano G and Haussler D (2007) PNAS 104(19): Britten RJ, Davidson EH (1971) Q Rev Biol 46: Simons C, Pheasant M, Makunin IV, Mattick JS (2006) Genome Res 16:

15 6.-Efecto en la evolución de roedores Secuencias (no-génicas) conservadas implicadas en la regulación génica (parecidas a TEs) TEs función importante en evolución de la expresión. Hacen test para ver divergencia(en expresión génica) entra ratón y rata. Buscan correlación con los elementos móviles insertados cerca de genes. Saber si nuevas inserciones de TE afectan a la expresión génica.

16 Resultados: Sí correlación divergencia de expresión con número de nuevos elementos LTR y SINEs. No correlación divergencia de expresión con número de nuevos LINEs. Divergencia de expresión NO correlacionada con el numero de TEs ancestrales en la mayoría de los casos. Cuantifican el efecto inserciones de TE representan aprox el 20% de toda la divergencia a nivel de expresión en roedores. Pereira V et al. (Feb.2009) PloS ONE 4(2):e4321

17 7.-Efecto en la evolución de primates Hasta entonces: Genes que se expresan en un amplio rango de tejidos: poco común encontrar elementos Alu colindando con ellos Alu podrían modificar la expresión de genes vecinos, probablemente al proveer islas CpG, alterar la estructura de la cromatina o modificar el sitio de unión de los factores de transcripción. Con este articulo se demuestra que no era cierta esta hipótesis.

18 Genes que siempre han tenido una expresión amplia: ricos en Alu. Genes que han pasado a estar más expresados recientemente: menor enriquecimiento de secuencias Alu. Modelo: Alu se acumulan cerca de genes que se expresan en varios tejidos pero no afectan a su expresión ubicua. SiAlutienenalgúnefectonoes por las islas CpG (poco frec cerca de inicio de transcripción). Urrutia A O et al. (2008)Genome Biology(9)2:R25.1-R25.16

19 Contenido Alu y amplitud de expresión(gene Ontology database). Genes asociados al mismo proceso biológico PROCESOS BIOLÓGICOS CON ALTO CONTENIDO EN Alu EN LAS REGIONES FLANQUEANTES ESTAN TAMBIÉN ASOCIADOS CON UN ALTO PROMEDIO EN SU EXPRESIÓN. Urrutia A O et al. (2008)Genome Biology(9)2:R25.1-R25.16

20 CONCLUSIONES: Análisis comparativos de transcriptómica: NohayevidenciasdequeAluhayanaumentadolaamplituddela expresión de los genes adyacentes durante la evolución del transcriptoma de los primates. La abundancia de Alu cerca de genes que se expresan ubicuamente se explica mejor por su conservación de forma preferente cerca de los genes housekeeping, más que por el efecto modificador de la expresión génica. Principio de parsimonia. Urrutia A O et al. (2008)Genome Biology(9)2:R25.1-R25.16

21 8.-Efecto en células de mamífero

22 Retrotransposones 5 de región codificante: - promotores alternativos - y/o expresar RNAs no codificantes. Másde¼deRefSeqstienenretrotransposonen3 UTR reducción de la expresión de estos transcritos (vs. transcritos sin retrotransposones) Estudio del genoma completo: Identifican regiones reguladoras derivadas de retrotransposones(regiones candidatas a serlo).

23 HEATMAP OF REPETITIVE ELEMENT EXPRESSION IN MOUSE BY TISSUE Expresión de elementos repetitivos varia entre tejidos y depende del estado de activación. Especificidad de retrotransposones: poco conservada entre especies, y en algunos casos entre muestras similares que representan al mismo tejido. Sobreexpresión Subexpresión Sobrerepresentadas varias familias de retrotransposones (LINE) HEATMAP OF REPETITIVE ELEMENT EXPRESSION IN HUMAN BY TISSUE Faulkner G J, et al. (May2009) Nature Genetics 41(5):

24 Los retrotransposones generan mrnas alternativos y ncrnas. Transcripción tejido-específica de retrotransposones consecuencias funcionales sobre transcripción de regiones codificantes. Comparan transcritos (RefSeq) con elementos repetitivos expresados (RepeatMasker) -retrotransposones expresados están subrepresentados en secuencias exónicas. - SINEs abundantes en intrones y secuencias flanqueantes - LTR sobrerepresentados en regiones flanqueantes - LINEs sobrerepresentados en los intrones Genes codificantes para proteínas usan regiones intergénicas y retrotransposones como promotores alternativos. Faulkner G J, et al. (May2009) Nature Genetics 41(5):

25 Correlación de expresión de retrotransposones con la expresión de transcritos cercanos upstream o downstream (RefSeq) sugieren que la transcripción de retrotransposones infrecuentemente produce interferencias en la transcripción. Verlaexpresiónyelporcentajede retrotransposones en 3 UTR: Correlación inversa. HUMANO Inserciones en 3 UTR de retrotransposones reducen la expresión de mrna. RATON Transcripción de los retrotransposones tiene una importancia relevante sobre el transcriptoma de los mamíferos. Faulkner G J, et al. (May2009) Nature Genetics 41(5):

26 TIENEN LOS ELEMENTOS MÓVILES UN PAPEL REGULADOR EN EL GENOMA? SÍ!! Y ADEMÁS LOS ELEMENTOS REPETITIVOS DEBERIAN SER CONSIDERADOS EN FUTUROS ESTUDIOS DEL GENOMA COMO UNA MAQUINARIA DE TRANSCRIPCIÓN

27 Bibliografia 1) Bejerano G, et al.(2006) Nature 441: ) Britten RJ, Davidson EH(1971) Q Rev Biol 46: ) Faulkner G J, et al.(may2009) Nature Genetics 41(5): ) Lewin, Benjamin: Genes VIII 5) Lowe CB, Bejerano G and Haussler D(2007) PNAS 104(19): ) Pereira V et al.(feb.2009) PloS ONE 4(2):e4321 7) Puig M, Cáceres M and Ruiz A.(2004)PNAS 101(24): ) Simons C, Pheasant M, Makunin IV, Mattick JS(2006) Genome Res 16: ) Urrutia A O et al.(2008)genome Biology(9)2:R25.1-R25.16

28 TIENEN LOS ELEMENTOS MÓVILES UN PAPEL REGULADOR EN EL GENOMA? Judith Perisé Barrios Módulo: Genómica y Proteómica Máster Genética-UAB Junio 2009