Arquitectura de la cromatina de los complejos six en el desarrollo y la evolución

Resumen

La enorme diversidad morfológica que observamos en el reino animal se debe, en gran medida, a la modificación de los patrones de expresión durante el desarrollo embrionario de un conjunto de genes de desarrollo conservados. Los elementos cis reguladores son pequeñas secuencias de ADN distribuidas por todo el genoma no codificante responsables del control espacio-temporal de la transcripción de los genes a través de la interacción con sus promotores. Estos elementos contienen sitios de unión para proteínas como los factores de transcripción o los organizadores de la cromatina como CTCF y cohesina. En los últimos años se ha comprobado como la cromatina de diversas especies bilaterales está compatimentalizada en dominios topológicamente asociados (TADs). Estos TADs son regiones de cromatina dentro de las cuales los distintos elementos de ADN tienden a interaccionar entre sí. En diversos estudios se ha sugerido que este tipo de estructuras resultan esenciales para la organización de la información reguladora contenida en los genomas animales, poniendo en proximidad los elementos cis reguladores con sus promotores diana y evitando el establecimiento de contactos promiscuos. Sin embargo, el impacto que esta organización espacial de la cromatina tiene sobre la expresión génica, su grado de conservación evolutiva y los mecanismos moleculares responsables de su formación están todavía poco estudiados. En esta tesis hemos tratado de contribuir a entender estos aspectos de la organización espacial de la cromtaina a través del análisis de la arquitectura del ADN en un locus específico: los complejos Six. Los genes Six son una familia de factores de transcripción de tipo homeótico, esenciales para el control del desarrollo embrionario. Estos genes se encuentran organizados en complejos génicos conservados durante la evolución. Usando la tecnología 4C-seq aplicada a los genes Six presentes en pez cebra, ratón y erizo de mar, hemos revelado que los complejos Six comparten una organización 3D de la cromatina conservada evolutivamente que precede la explosión Cámbrica. Esta arquitectura conservada de la cromatina consiste en la generación de dos paisajes reguladores ampliamente independientes contenidos en dos TADs adyacentes y mantenidos de forma estable durante el desarrollo. Mediante la eliminación del borde topológico presente en uno de los complejos Six de pez cebra, demostramos que este borde es crítico para prevenir la competición entre los promotores de los genes Six del complejo por los elementos cis reguladores contenidos en los paisajes reguladores contrarios, ayudando a generar patrones de expresión diferentes en genes localizados en una gran proximidad física. Además la comparación evolutiva de los bordes topológicos presentes en los distintos complejos Six ha revelado la presencia común de sitios de unión para la proteína CTCF orientados de manera divergente en todos los deuterostomos estudiados. Por último el análisis global de datos de HiC publicados en ratón y humanos reveló que esta configuración particular de sitios de unión de CTCF es una marca general de los bordes topológicos, poniendo de manifiesto la existencia de un principio organizativo común que subyace la compartimentalización de los TADs a lo largo de la evolución de los deuterostomos.