Caracterización dos xenes de histonas no xénero mytilus e evolución molecular da familia multixénica h1caracterización de los...

Título: Caracterización dos xenes de histonas no xénero mytilus e evolución molecular da familia multixénica h1caracterización de los genes de histonas en el género mytilus y evolución molecular de la familia multigénica h1

Autor/a: Ana Maria Gonzalez Tizon

Centro de lectura: 610 - Facultade De Ciencias

Data Lectura: 12 Ene 2005

Departamento: Josefina Mendez Felpeto

Las histonas son un grupo de proteínas básicas de pequeño tamaño presentes en las células eucariotas, involucradas en el empaquetamiento del adn formando la fibra de cromatina. Existen cinco familias que se clasifican en histonas del core (h2a, h2b, h3, h4) e histonas linker (h1). Su origen evolutivo parece remontarse a organismos procariotas, y aunque es obvio que la heterogeneidad funcional en eucariotas debe venir dictada por mecanismos complejos, hasta la fecha su evolución ha sido explicada como un proceso concertado. El conocimiento actual es limitado en cuanto a patrones de organización, expresión y evolución de estos genes en invertebrados, especialmente en el caso de genes h1. Para mejorar el conocimiento acerca de las histonas se han propuesto tres objetivos principales: Caracterizar la unidad repetitiva de histonas en el molusco bivalvo mytilus galloprovincialis, estudiar las secuencias de adn de los cinco genes de histonas en cuatro especies adicionales (m. Californianus, m. Chilensis, m. Edulis y m. Trossulus), y analizar los mecanismos involucrados en la evolución de los genes h1. Resultados Se diseñaron primers para amplificar mediante pcr la refión codificante de cada una de las cinco histonas en especies del género mytilus, los cuáles permitieron obtener sondas para buscar genes de histonas en una genoteca de m. Galloprovincialis, caracterizándose la unidad repetitiva como h4 mayor que, menor que h2b, h2a mayor que , h3 mayor que , h1 mayor que , 5s mayor que , 5s mayor que . Las regiones promotoras mostraron la presencia de elementos reguladores típicos (cajas tata, posiciones cap y cajas caat). En el caso de h1 también se identificaron elementos h1 box-like y elementos h4 box, mientras que las regiones 3' terminales utr mostraron secuencias tallo-bucle, seguidas por un elemento rico en purinas y al menos una señal de poli(a). La caracterización de la unidad en m. Galloprovincialis permitió analizar estos genes en cuatro especies adicionales (m. Californianus, m. Chilensis, m. Edulis, y m. Trossulus). Las proteínas h1 fueron polimórficas, con 191 aminoácidos en todas las especies salvo m. Chilensis (190) y m. Californianus (189), siendo la variación nucleotídica sinónima. Los elementos reguladores también fueron caracterizados, además de las dos señales de terminación en regiones 3' utr, revelando la funcionalidad de las señales de poliadenilación mediante rt-pcr y northern blot. El número de copias por genoma promedio para genes h2a/h2b y h3/h4 fueron de aproximadamente 212 y 201 copias en cada caso. La localización cromosómica de estos genes fue analizada mediante hibridaciones fish en m. Galloprovincialis, observando los genes h1 agrupados en tres loci, dos de ellos cercanos a los telómeros. Las histonas del core se localizaron en dos loci junto a genes h1, uno de ellos en posición terminal y el otro en posición intersticial. El análisis evolutivo de genes h1 se realizó a partir de todas las secuencias no redundantes recopiladas en la base de datos nhgri/ncbi. La diferenciación funcional fue evidente en el frupo de los vertebrados, con un origen monofilético para todas las proteínas h1 dependientes de replicación. En mamíferos, las proteínas h1 codificadas por genes ortólogos se agruparon en las filogenias según su tipo, y no en función de las especie a la que pertenecen, observando del mismo modo un origen monofilético para los subtipos específicos dediferenciación de vertebrados (h1º y h5) donde sorprendentemente se encuentran incluidas las proteínas h1 de mytilus. A nivel nucletídico, los genes h1 parálogos de ratón son más similates a sus ortólogos humanos, siendo la variación sinónima significativamente mayor a la no sinónima. Las regiones promotoras de genes h1 independientes de replicación mostraron elementos comunes entre vertebrados e invertebrados, además de observarse similaridades también en cuanto a sus refiones codificantes y respecto a su agrupación por tipo y no por especies en las filogenias. Discusión La organización de genes de histonas descrita en este trabajo completa análisis previos en los cuáles se han identificado genes h1 solitarios y contrastan con los que identificaron unidades sin genes h1 en m. Edulis. Las asociaciones de histonas con genes de arnr 5s también fueron descritas en crustáceos, siendo probable una invasión de las unidades por parte de los genes 5s aunque sin un significado evolutivo. Los genes de histonas pueden ser dependientes de replicación (rd) o independientes de replicación (ri) según sus patrones de expresión. Los resultados revelaron la presencia de al menos una fracción de genes de histonas expresados de forma ri mediante trascritos poliadenilados en m. Galloprovincialis. El número de copias estimado resultó coherente con las proporciones estequiométricas esperadas. Desde hace casi 30 años, la evolución de la familia génica de las histonas ha sido descrita mediante un proceso de evolución concertada. En este caso los genes parálogos estarían sujetos a un proceso de homogenización incompatible con las filogenias obtenidas para proteínas y genes h1, observándose más similaridad intraespecífica que interespecífica. Siguiendo este argumento, las divergencias sinónima y no sinónima deberían ser equivalentes, sin embargo los resultados muestran una mayor variación sinónima. Estas Observaciones, en lugar de indicar una evolución concertada, se ajustan al modelo birth-and-death en presencia de una fuerte selección negativa o purificadora. Las homologías observadas entre genes h1 de mytilus y variantes ri de vertebrados, indican que los genes h1 "huérfanos" caracterizados representan isoformas ri con un origen común. El origen evolutivo "huérfano" de las histonas h1 ri debe ser revisado para adaptarlo al modelo birth-and-death. En este caso, la diferenciación de las isoformas de h1 vendría determinada por eventos de duplicación y delección oinactivación génica, encontrándose las proteínas h1 sujetas a una fuerte selección purificadora, mientras que los genes h1 divergirían extensivamente de forma silenciosa. El siguiente paso involucraría una transposición a posiciones solitarias en el genoma, convirtiéndose estos genes en "huérfanos". Parece que incluso familias génicas como la de las histonas, especializada en sintetizar una gran cantidad del mismo producto génico en un momento concreto, también han evolucionado mediante birth-and-death. Este modelo es capaz no sólo de explicar la generación y diversificación de las diferentes isoformas rd de h1, sino también el origen y la evolución a largo plazo de las variantes h1 ri "huérfanas". Sin embargo, para completar el conocimiento de la evolución de genes h1 ri serán necesarios estudios adicionales centrados en clarificar el proceso de diferenciación del subtipo h5, característico por su presencia exclusiva en eritrocitos nucleados de aves. La respuesta parece estar en las histonas de sus "vecinos" evolutivos, los reptiles.

Director/a: Ana Maria Gonzalez Tizon, Josefina Mendez Felpeto

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Áreas: Ciencias Experimentais,Universidade da Coruña