En genética , los sitios hipersensibles a la DNasa I ( DHS ) son regiones de la cromatina que son sensibles a la escisión por la enzima DNasa I. En estas regiones específicas del genoma, la cromatina ha perdido su estructura condensada, exponiendo el ADN y haciéndolo accesible. Esto aumenta la disponibilidad del ADN para la degradación por enzimas, como la ADNasa I. Estas zonas de cromatina accesibles están funcionalmente relacionadas con la actividad transcripcional , ya que este estado remodelado es necesario para la unión de proteínas como los factores de transcripción .
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Desde el descubrimiento de las DHS hace 30 años, se han utilizado como marcadores de regiones reguladoras del ADN. Se ha demostrado que estas regiones mapean muchos tipos de elementos reguladores en cis, incluidos promotores, potenciadores, aislantes, silenciadores y regiones de control de locus. Una medida de alto rendimiento de estas regiones está disponible a través de DNase-Seq . [2]
Análisis masivo
El proyecto ENCODE propone mapear todas las DHS en el genoma humano con la intención de catalogar el ADN regulador humano.
Los DHS marcan las regiones transcripcionalmente activas del genoma, donde habrá selectividad celular. Entonces, usaron 125 tipos diferentes de células humanas. De esta forma, utilizando la técnica de secuenciación masiva, obtuvieron los perfiles de DHS de cada tipo celular. Mediante un análisis de los datos, identificaron casi 2,9 millones de DHS distintas. El 34% eran específicos para cada tipo de célula, y solo se detectó una pequeña minoría (3.692) en todos los tipos de células. Además, se confirmó que solo el 5% de las DHS se encontraron en las regiones TSS (Transcriptional Start Site). El 95% restante representó DHS distales, dividido de manera uniforme entre regiones intrónicas e intergénicas. Los datos dan una idea de la gran complejidad que regula la expresión genética en el genoma humano y la cantidad de elementos que controlan esta regulación.
Se ha informado del mapeo de alta resolución de DHS en la planta modelo Arabidopsis thaliana . Se han identificado un total de 38.290 y 41.193 DHS en tejidos de hojas y flores, respectivamente. [3]
Herramientas regulatorias de ADN
El estudio de los perfiles de DHS combinado con otras técnicas permite el análisis del ADN regulador en humanos:
- Factor de transcripción : utilizando la técnica ChIP-Seq , se determinan los sitios de unión al ADN en ciertos grupos de factores de transcripción y se comparan los perfiles de DHS. Los resultados confirman una alta correlación, que muestran que la unión coordinada de ciertos factores está implicada en la remodelación y accesibilidad de la cromatina.
- Patrones de metilación del ADN : la metilación de CpG se ha relacionado estrechamente con el silenciamiento transcripcional. Esta metilación provoca un reordenamiento de la cromatina, condensándola e inactivándola transcripcionalmente. El CpG metilado que cae dentro de las DHS impide la asociación del factor de transcripción al ADN, inhibiendo la accesibilidad de la cromatina. Los datos sostienen que el patrón de metilación paralelo a la accesibilidad de la cromatina selectiva de células resulta de la deposición pasiva después de la vacación de los factores de transcripción del ADN regulador.
- Firma de cromatina promotora : la modificación H3K4me3 está relacionada con la actividad transcripcional. Esta modificación tiene lugar en el nucleosoma adyacente al sitio de inicio de la transcripción (TSS), relajando la estructura de la cromatina. Esta modificación de histonas se usa como marcador de promotores, usándola para mapear estos elementos en el genoma humano.
- Conexiones promotor / potenciador : los elementos cisreguladores distales, como los potenciadores, son los encargados de modular la actividad de los promotores. De esta forma, los elementos reguladores cis distales se sincronizan activamente con su promotor en las líneas celulares que activa la expresión del gen controlado. Utilizando los perfiles de DHS, se buscaron correlaciones entre DHS para identificar conexiones promotor / potenciador. Por lo tanto, pudo crear un mapa de potenciadores candidatos que controlan genes específicos.
Los datos obtenidos fueron validados con la técnica de copia al carbón de captura de conformación cromosómica (5C). Esta técnica se basa en la asociación física que existe entre el promotor y los potenciadores, determinando las regiones de cromatina que entran en contacto en las conexiones promotor / potenciador.
Se confirmó que la mayoría de los promotores estaban relacionados con más de un potenciador, lo que indica la existencia de una complicada red de regulación para la inmensa mayoría de genes. Sorprendentemente, también encontraron que aproximadamente la mitad de los potenciadores estaban asociados con más de un promotor. Este descubrimiento muestra que el sistema cis-regulador humano es mucho más complicado de lo que se pensaba inicialmente.
El número de elementos reguladores cis distales conectados a un promotor está relacionado con el promedio cuantitativo de la complejidad de la regulación de un gen. De esta forma, se determinó que los genes humanos con más interacciones con las DHS distales, y con al menos una regulación más compleja, se correspondían con aquellos genes con funciones en el sistema inmunológico. Esto indica que el complejo de señales celulares y ambientales procesadas por el sistema inmunológico está directamente codificado en la arquitectura reguladora en cis de sus genes constituyentes.
Base de datos
- Proyecto ENCODE : DB de elementos regulatorios
- Plantas DHS : PlantDHS
Referencias
- ^ Wang, YM; Zhou, P; Wang, LY; Li, ZH; Zhang, YN; Zhang, YX (2012). "Correlación entre la distribución del sitio hipersensible a la ADNasa I y la expresión génica en las células HeLa S3" . PLOS ONE . 7 (8): e42414. Código Bibliográfico : 2012PLoSO ... 742414W . doi : 10.1371 / journal.pone.0042414 . PMC 3416863 . PMID 22900019 .
- ^ Boyle, AP; Davis S; Shulha HP; Meltzer P; Margulies EH; Weng Z; Furey TS; Crawford GE (2008). "Mapeo de alta resolución y caracterización de cromatina abierta en todo el genoma" . Celular . 132 (2): 311-22. doi : 10.1016 / j.cell.2007.12.014 . PMC 2669738 . PMID 18243105 .
- ^ Zhang, Wenli; Zhang, Tao; Wu, Yufeng; Jiang, Jiming (5 de julio de 2012). "Identificación de todo el genoma de elementos reguladores del ADN y huellas de unión a proteínas mediante firmas de cromatina abierta en Arabidopsis" . La célula vegetal . 24 (7): 2719–2731. doi : 10.1105 / tpc.112.098061 . PMC 3426110 . PMID 22773751 .