Az intergénikus régiók és a genom architektúrájának kapcsolata

Craig E Nelson, Bradley M Hersh és Sean B Carrol

(Genome Biology 2004, 5:R25)

Bihari Péter feldolgozásában

Bevezetés

• Valódi szövetes állatok – Eumetazoa• Genomszerveződés:

– Centromer, telomer– Eukromatin, heterokromatin– Gének és intergénikus szakaszok

• Nemkódoló régiók: – Génexpressziót szabályozó elemek + funkció nélküli DNS (közvetlenül

nem szabályoz)

• Nehéz azonosítani.

• Arányuk a genomban?

• Mi befolyásolja méretüket, távolságukat és orientácójukat a kódoló régiókhoz képest?

Hatásuk a genom felépítésére?

A vizsgálat célja:

• Szabályozó szakaszok hatása a gének eloszlására D. melanogaster és C. elegans esetében.

• Összevetni az egyes gének szabályozásának összetettségét ezen gének elhelyezkedésével.

Génexpresszió szabályozásának összetettsége

Génexpressziós mintázat összetettsége1. WormBase: gének 6%-ra vonatkozólag; génexpressziós

mintázat, mutáns fenotípus

2. FlyBase: gének 14%;

3. BDGP ISH project: embrigenezis során D. melanogaster-ben

• Sok olyan gén van, melyek kevés helyen fejeződnek ki.

• Kevés gén, melyek sok szövetben fejeződnek ki.

• Vagyis: a gének egy kis részének nagyszámú szabályozó elemre van szüksége, míg többségüknek elég kis számú cisz-szabályozó elem.

Több szabályozó elem elhelyezése– Sűrűségük növelése + a régió hossza változatlan, vagy– Régió hosszának növelése + elemek sűrűsége változatlan

Ha van egy minimálisan szükséges hossz elemenként, akkor…

Vagyis vizsgálható az összefüggés a génexpresszió szabályozásának összetettsége és a gént szegélyező nemkódoló DNS hossza közt.

Intergénikus távolság: 3’ és 5’ irányban mért távolság a következő génig.

• Nagy expressziós index esetén nagy az intergénikus távolság.

• Hosszabb intergénikus DNS szegélyezi azokat a géneket, melyek génexpressziós szabályozása összetettebb.

• 5’ vagy 3’ nemtranszlálódó szakaszok lehetnek a génen belül, ill. intronok is tartalmazhatnak szabályozó elemeket, ezeket az intergénikus távolsággal nem tudjuk figyelembe venni!

• D. melanogaster kromoszómái mentén „ablakot” csúsztathatunk, mely több gént átér.

• 11 gén hosszú; 1 középső + 5-5 a szélekről • Nagy génsűrűség - ablak mérete kicsi• Kis génsűrűség – nagy ablak• Alacsony génsűrűség – hosszú intergénikus DNS –

vélhetőleg összetett szabályozás

• Az egyedfejlődésben kiemelkedő szerepe játszó gének többnyire transzkripciós faktorokat, jelátvivő molekulákat kódolnak. Mivel több fejlődési stádiumban, sokhelyütt expresszálódnak várhatóan számos szabályozó elem szükséges működésükhöz és hosszú intergénikus szakaszok határolják e géneket. Igaz?

• Kategóriák funkció szerint:– Gene Onthology (GO): embrionális fejl., spec. RNS pol. II tf, receptor

aktivitás, sejt differenciáció, anyagcsere, riboszóma felépítés, ált. RNS pol. II tf. (muslica, BLAST)

– „Háztartási” gének: humán gének megfelelői muslicában és fonálféregben (BLAST, proteom)

– „single copy” gének: muslicában és fonálféregben; szintén háztartási gének

• Általánosan előforduló: 4-5 kb

• Komplex funkció:

D. melanogaster: 17-25 kb

C. elegans: 8-11 kb

• „Háztartási” gének: 2-2 kb mindkét irányból.

• Komplex funkció:

• D melanogaster: egyenlően.

• C. elegans: 3’ irányban több.

• C. elegans génjeinek kb. 15 %-a operonokba rendeződik, muslicánál nincsenek operonok! Az operonokba rendeződött géneket eltávolítva nem változik az eredmény!

• Az intergénikus régiók hossza szignifikánsan különbözik a két fajnál.

• Ok: eukromatikus genom-expanzió, illetve genom-kompaktálódás?

Komplex funkciójú gének vizsgálata egyenként:

• Ugyanaz a tendencia, mint csoport szinten.

• Muslica gének többnyire génszegény régiókban találhatóak, a génekben jóval hosszabb intronok, mint a fonálféreg megfelelő génjeiben.

Összegzés

• Összetettebb génexpresszió szabályozás hosszabb intergénikus szakasz jelenlétével társul.

• Mindkét vizsgált fajnál a „háztartási” gének azonos méretű intergénikus régiót tartalmaztak, míg a komplex funkciójú gének esetén a D. melanogaster hosszabb határoló szakaszokkal rendelkezik. Emellett a C. elegans-ra jellemző, hogy 3’ irányban hosszabb az intergénius DNS, mint 5’ irányban.

• Feltehetőleg két tényező alakítja az intergénikus régiók nagyságát: a funkció nélküli DNS gyors deléciója és egy szelekciós nyomás, mely arra irányul, hogy a génexpresszió szabályozás minimális térbeli feltételei fennmaradjanak.

Köszönöm a figyelmet!