Francisco Antequera

Organización funcional del genoma eucariótico

Nuestro laboratorio está interesado en la estructura y regulación del genoma eucariótico. En concreto, estamos estudiando como la secuencia del DNA, la organización de la cromatina y las modificaciones epigenéticas especifican los orígenes de replicación y los sitios de iniciación de la transcripción y de la recombinación. Utilizamos como sistemas modelo la levadura Schizosaccharomyces pombe y células humanas y de ratón y herramientas genéticas, de biología molecular y de genómica computacional.

Muchos orígenes de replicación en el genoma de los mamíferos están localizados en las islas CpG, que están asociadas con los promotores del 70% de los genes humanos. Estas regiones no están metiladas, tienen un tamaño de una kilobase aproximadamente, un elevado contenido en G+C y sus nucleosomas presentan modificaciones epigenéticas diferentes del resto del genoma. El inicio de la replicación está asociado a la re-replicación de una región libre de nucleosomas en la que también se localiza el sitio de iniciación de la transcripción (Gómez and Antequera, 2008).

En S. pombe, el único requerimiento de secuencia para especificar orígenes de replicación funcionales es un elevado contenido en A+T puesto que fragmentos de DNA exógenos ricos en A+T y sin homología con el genoma de S. pombe son capaces de iniciar la replicación in vivo tan eficientemente como los orígenes endógenos (Cotobal et al. 2010). Más recientemente hemos analizado como la direccionalidad de la replicación y de la transcripción contribuyen coordinadamente al mantenimiento de los patrones epigenéticos a través de la maquinaria del RNA de interferencia (RNAi) (Zaratiegui et al. 2011). También hemos estudiado como el acceso a la molécula de DNA a través de zonas libres de nucleosomas asociadas con promotores es un factor esencial que regula la recombinación durante la meiosis (de Castro et al. 2012).

Actualmente estamos analizando la distribución genómica de los nucleosomas durante el ciclo mitótico y meiótico en S. pombe mediante secuenciación masiva de DNA mononucleosomal (Soriano et al. 2013). Como se observa en el ejemplo de la Figura, la remodelación de la cromatina durante la meiosis se limita a nucleosomas específicos asociados con promotores de genes inducibles mientras que la organización del resto de los nucleosomas permanece invariable. A partir de estas observaciones estamos analizando la relación funcional entre la secuencia del DNA, los sitios de unión de los factores de transcripción y el posicionamiento de los nucleosomas. También estamos generando mapas con la distribución genómica de sus modificaciones epigenéticas para entender como la combinación de todos estos factores afecta a la regulación, la estabilidad y la evolución del genoma.

Dinámica de nucleosomas y transcripción diferencial

El perfil de nucleosomas se obtuvo mediante secuenciación masiva de DNA mononucleosomal de células creciendo exponencialmente durante el ciclo mitótico y durante la meiosis (la muestra corresponde a 5 h de un cultivo sincrónico). Las líneas verdes indican el patrón de transcripción de las dos cadenas del DNA analizado con microarrays genómicos.
La única diferencia en el perfil de nucleosomas en la región que se muestra es un nucleosoma que está ausente en el promotor bidireccional de los genes mcm2 y mlo2 cuando ambos genes se expresan en mitosis. La presencia del nucleosoma se corresponde con la represión de ambos genes en meiosis.

Miembros del grupo
Francisco Antequera Profesor de Investigación (CSIC)
Laura Durán Postdoctoral
Alicia García Postdoctoral
Sara González Estudiante de Doctorado
Luis Quintales Catedrático (USAL)
Mar Sánchez Postdoctoral
Rodrigo Santamaría Profesor Titular (USAL)
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