Control transcripcional óseo y repeticiones genómicas en Xenopus tropicalis: un análisis por RNA-seq y ChIP-seq in vivo

Universidad de Concepción
Dirección de Postgrado
Facultad de Ciencias Biológicas
Programa de Doctorado en Ciencias Biológicas, mención Biología Celular y Molecular

Control transcripcional óseo y repeticiones
genómicas en Xenopus tropicalis:
un análisis por RNA-seq y ChIP-seq in vivo

PATRICIA VALERIA HANNA PAZMIÑO
CONCEPCIÓN – CHILE
2014

Profesor Guía: Dr. Sylvain Guy MarcelliniLiotaud
Laboratorio de Desarrollo y Evolución
Dpto. de Biología Celular, Facultad de Ciencias Biológicas
Universidad de Concepción

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RESUMEN
Uno de los más impresionantes hallazgos de la era post-genómica es que sólo el 2% del
genoma está compuesto de secuencias codificantes. El 98% restante ha llamado mucho la
atención y se le ha denominado "ADN basura", un término controversial. Doscampos
independientes de investigación han demostrado que la fracción no codificante de
nuestro genoma contiene 1) módulos reguladores en cis (MRC) dispersos que controlan la
expresión transcripcional de sus genes blancos y 2) gran cantidad de secuencias repetidas
de tipo transposones, retrotransposones, retrovirus o repeticiones en tándem, entre
otros. De manera inesperada, importanteshallazgos realizados en los últimos años han
interconectado ambos campos de investigación. Sin embargo, en vertebrados, la relación
entre repeticiones y regulación transcripcional ha sido establecida únicamente para
algunos tejidos de mamíferos. Por lo tanto, en esta tesis nos propusimos analizar la
presencia de secuencias repetidas en MRCs activos en tejido óseo del anfibio Xenopus
tropicalismediante una combinación de RNA-seq, ChIP-seq y bioinformática. Detectamos
aproximadamente 500 genes activados y 1000 genes reprimidos durante la osteogénesis.
Interesantemente, un 8% de los genes osteoblásticos no presentan homólogos claros en
genomas de otros vertebrados, ilustrando que, a nivel molecular, el desarrollo óseo puede
sufrir importantes recambios evolutivos. Detectamos exitosamenteMRCs óseos a escala
genómica. Un análisis de 36 MRCs ubicados en la cercanía de genes osteoblásticos revela
que 66% de ellos contienen secuencias repetidas. La mayoría de dichas secuencias
repetidas son probablemente específicas de anfibios, dado que no fue posible encontrar
secuencias similares en otros genomas. Sin embargo, identificamos una de ella en el
genoma de Danio rerio, revelando suantigua historia evolutiva. Además, demostramos
que la gran variabilidad de dichas secuencias repetitivas genera la frecuente pérdida o
ganancia de putativos sitios de unión para factores de transcripción óseos. Este trabajo
explica la ausencia de conservación entre MRC osteoblásticos encontrados en mamíferos
y anfibios. Situamos a Xenopus tropicalis como un organismo modelo ideal paradilucidar
los mecanismos moleculares involucrados en la osteogénesis y su evolución.

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INTRODUCCIÓN
Uno de los más impresionantes hallazgos de la era post-genómica es que sólo el 2%
del genoma está compuesto de secuencias codificantes. El 98% restante ha llamado
mucho la atención y se le ha denominado "materia genómica oscura" o incluso "ADN
basura", un término muy debatido. Dos camposindependientes de investigación han
demostrado que la fracción no codificante de nuestro genoma contiene 1) dispersos
elementos reguladores, llamados "enhancers", a cargo de controlar la expresión de su gen
diana en un patrón espacio-temporal preciso durante el desarrollo y 2) una gran cantidad
de secuencias repetidas de todo tipo, incluyendo pseudogenes, repeticiones en tándem,
transposones deADN o retrovirus. A continuación presentaremos los hallazgos más
importantes en ambas áreas, antes de ilustrar cómo en los últimos años, y de manera
inesperada, estos campos de investigación se han interconectado.

1.

Estructura génica y regulación transcripcional
Para entender a fondo un proceso biológico es necesario conocer la arquitectura de

la red de regulación activada en las...