Download Valiente, Cristian. Secuencias conservadas no codificantes

CNE
Conserved Non-coding Elements
Cristian Valiente Gil
Módulo Genómica y Proteómica 2007
Introducción:
Además de las secuencias codificadoras de proteínas, el genoma
humano contiene una cantidad significativa de ADN regulador y que
en este caso no es codificante.
La comparación de genomas de organismos diferentes proporciona el
medio para identificar patrones comunes que pueden tener
importancia funcional.
Genoma Humano
Vs
Fugu rubripes
Objetivo: Caracterizar secuencias no codificantes altamente
conservadas en genomas de vertebrados, para ello utilizan el
genoma de Fugu rubipries (pez globo).
Divergimos de un ancestro común hace 450 millones de años, por
ello consideran que secuencias conservadas en ambos serán
probablemente fundamentales para la vida
en vertebrados.
Procedimiento: obtención de secuencias
no codificantes altamente conservadas.
 Se realiza una primera criba, descartando el DNA codificante y de
tRNA del genoma de Fugu.
 Comparación mediante MegaBLAST de las regiones restantes
versus el genoma humano (Ensembl).
 Se obtienen 19.744 secuencias similares
 Seleccionan las que tienen una longitud mínima de 100bp →
4.400 secuencias
 Descartan telomer-like, transposones y secuencias codificantes
de proteínas o no codificantes de RNA, ya conocidas.
 1.373 NCE con los que trabajaran.
 En total representan 273 kb del total del genoma, con una media
de 199bp/CNE de largo (mayor 736bp).
 Identidad media de 84,3 %.
CNE en otros genomas de vertebrados.

De los 1.373 CNE identificados encontramos conservados;
- 1.365 en ratón (97% identidad)
- 1.316 en rata (97%)
- 1.310 en pollo (96%)
- 1.093 en pez cebra (87,6%)
Distribución
No es homogénea , el cromosoma 9 y el Y no tienen CNEs.
· El 90% están a una distancia menor de 1Mb
· El 85% tiene otro CNE a 370kb (probabilidad al azar = 10-76!!)
· El 75% se encuentran a 158kb de otro CNE.
En total encontramos 165 clusters.
Más del 85% de CNEs se encuentran en clusters de 5 o más CNEs.
Genes asociados a CNE
Mediante Ensembl determinaron cual era el gen más cercano
a cada CNE y utilizando Gostat determinaron su ontología.
Trans-dev genes; genes implicados en la regulación de la
transcripción o el desarrollo.
→ 93% de los clusters (154/165) se encuentran a menos
de 500kb de un trans-dev gene.
Genes que se localizan habitualmente en regiones de baja
densidad génica, la media del genoma es 17 mientras que
en los trans-dev es de 6.
Los 11 restantes se asocian a; dedos de Zinc (5), desierto
génico (1), región AUTS2 (1) y a regiones sin caracterizar
(4)
Fig: Localización
cromosómica de CNE
y trans-dev genes
(distancia <500kb)
Graf: Número de CNE
por Cluster.
Flecha verde = Cluster
Comparación de CNEs:
En 63 casos se observo similitudes entre parejas de CNE y se comprobó
que ambos se localizaban cercanos a genes parálogos (procedentes
de duplicaciones).
El resto de casos corresponden a secuencias únicas.
CNE de vertebrados en invertebrados;
Mediante el uso MLAGAN analizaron los genomas de Cioma intestinalis,
Drosophila melanogaster y Caernohabitis elegans y no encontraron
CNEs como los de vertebrados.
Consideran poco probable que las mismas secuencias reguladoras
encontradas en vertebrados se den en invertebrados (Enero 2005) y
más considerando que el grado de identidad observado en
vertebrados és incluso superior que el de regiones codificantes.
Pero en invertebrados se dan secuencias con
funcion homologa a los CNE de vertebrados?
Publicado: Genome Biology – Febrero 2007
Procedimiento: Comparación de genomas de C.elegans Vs C. brigssae
Presentan CNE en Nemátodos (wCNE) con función homologa a los
vistos en vertebrados, asociados a binding sites de factores de
transcripción, genes reguladores del desarrollo → regulación en cis.
Características de los wCNE;
- Menores que los CNE de vertebrados.
- Cercanos a genes reguladores del desarrollo (tran-dev genes)
- Estructura en contenido AT y fronteras similares a los CNE (vert)
- Proponen la existencia de CNE específicos de linaje.
Similitudes en el contenido AT:
Se observa como en Fugu, humano, c. elegans y Drosophila se da un
incremento en el contenido GC seguido de un pico AT cuando empieza el
CNE. Motivo desconocido.
Conclusiones: Los CNE
 Secuencies no-codificantes altamente conservadas,
incluso más conservadas que secuencias codificantes.
 Localizados (en su mayoría) en clusters alrededor de
genes reguladores del desarrollo.
 Reguladores en cis (binding sites de factores de
transcripción) Muy importantes en el desarrollo
embrionario (patrones corporales)
 Pueden regular tanto de forma negativa como positiva.
 Estructuralmente flanqueados por regiones ricas en AT.
 Específicos de cada linaje animal.
Hipótesis para estudios
futuros:
 Un único CNE podría ser responsable de la regulación
de más de un gen? Ej: promotores bidireccionales.
 Generalmente los binding sites de factores de
transcripción son cortos y con cierta redundancia, no
se descarta que los CNE tengan un mecanismo de
acción completamente diferente.
 Seria interesante estudiar la especificidad de los CNE,
un factor de transcripción a cuantos CNE puede
unirse? A todos? interaccionan? Son excluyentes?
 Realmente un CNE esta asociado a su gen más
cercano? Y los CNE no asociados a trans-dev genes?
 Implicaciones de los CNE en la evolución de los
patrones corporales animales → Explosión Cámbrica
Referencias:

Bejerano G, Pheasant M, Makunin I, Stephen S, Kent WJ, Mattick JS,
Haussler D: Ultraconserved elements in the human genome.
Science 2004, 304:1321-1325.

Woolfe A, Goodson M, Goode DK, Snell P, McEwen GK, Vavouri T,
Smith SF, North P, Callaway H, Kelly K, et al.: Highly conserved
non-coding sequences are associated with vertebrate
development. PLoS Biol 2005, 3:e7.

Byrappa Venkatesh, Ewen F. Kirkness, Yong-Hwee Loh, Aaron L. Halpern, Alison P. Lee,
Justin Johnson, Nidhi Dandona, Lakshmi D. Viswanathan, Alice Tay, J. Craig Venter,
Robert L. Strausberg, Sydney Brenner Ancient Noncoding Elements Conserved in
the Human Genome. Science 22 Dec. 2006, p. 1892

Tanya Vavouri, KlaudiaWalter‡, Walter R Gilks§, Ben Lehner¤ and
Greg Elgar¤† Parallel evolution of conserved non-coding elements that target a
common set of developmental regulatory genes from worms to humans Genome
Biology 2007, Volume 8, Issue 2, Article R15
CNE
Conserved Non-coding Elements
Cristian Valiente Gil
Módulo Genómica y Proteómica
Cristian.valiente@gmail.com
2007