VARIACIÓN EN LOS NIVELES DE EXPRESIÓN GÉNICA ENTRE INDIVIDUOS

Y ESPECIES

Artur Ezquerra GonzálezGenómica y Proteómica

12/06/2013

Entre individuos

• Cambios en el genoma ancestral inicial

• Fuentes de variabilidad– SNP´s (90% variación humana)– Variación estructural:

duplicaciones, deleciones, inserciones, inversiones, translocaciones, CNV´s

• Proyecto HapMap (10 millones SNP´s descritos)

Conceptos

Cambios en la expresión génica• Cuantificación expresión génica 270 individuos diferentes poblaciones: CEU, CHB, JPT y YRI. Se utilizó

47.294 sondas• Estimar la heredabilidad en trios independientes de CEU y YRI. 10% CEU y 13% YRI heredabilidad > 0,2 con

superposición 958 genes. Escasos genes con heredabilidad > 0,5• Comparación del número de genes con diferencias significativas.

Asociación cis/trans de expresión de genes con SNP´s

• Determinar cambios en los niveles de expresión producidos por SNP´s para 13.643 genes• De los 831 genes con asociación en cis significativa, 431 presentan heredabilidad > 0,2• Analizar los efectos en la expresión génica de variantes moleculares primarias en trans. Seleccionamos 4

categorías• La variabilidad en humanos estaría más influenciada por cambios en los elementos reguladores, más que

cambios en las secuencias codificadoras de proteínas.

Entre especies

Conceptos• Durante la evolución

se han producido mutaciones que han afectando a nivel de genotipo produciendo cambios fenotípicos

• Selección positiva (fijación de alelos) selección negativa (mutaciones deletéreas)

• Comprender las variaciones genéticas causantes de la diversificación humano/chimpancé hace 5-7 millones de años

• Ambos se diferencian en 1,23% bp. De éstas, 35 millones son mutaciones puntuales. Otras diferencias incluyen aproximadamente 5 millones de variaciones estructurales

• Estas “pocas” diferencias quedan explicadas por la teoría neutralista (Kimura, finales de 1960)

• Sólo una pequeña fracción de todos los cambios producidos en la secuencia de DNA entre humanos y chimpancé son funcionalmente relevantes

• El transcriptoma también ha variado, pero en última instancia se debe a cambios en la secuencia de DNA

Implicaciones de la teoría neutralista• La mayoría de variaciones en el genoma no afectan al individuo y de las que sí, muchas son deletéreas y no

se fijan• La divergencia entre especies debe incrementar con la divergencia evolutiva; es decir, con el tiempo• La variación en la expresión de genes entre individuos de una especie es una función de la variación en la

expresión de genes entre especies• La tasa de evolución de la expresión es dependiente de la tasa de mutación y de la cantidad de actividad

restrictiva en los niveles de expresión génica• Los genes que han variado menos dentro de una misma sp también tenderán a acumular menos cambios

entre sp respecto a aquellos genes sujetos a mayor selección negativa o menor tasa de mutación• En humanos, genes expresados en cerebro que varían más entre individuos tienden a diferenciarse más en

la expresión entre humanos y chimpancé u otros primates• Las diferencias en la expresión génica entre sp son menores en cerebro respecto otros órganos

(restricciones funcionales)

Selección positiva en testículos• Como predice la teoría neutralista, la divergencia

entre sp esta correlacionada positivamente con la divergencia intraespecífica.

• Los genes expresados en testículos están sujetos a pocas restricciones; (menos influencia del ambiente)

• Sin embargo, los niveles de expresión en tejidos somáticos de genes que también son expresados en testículos están sujetos a más restricciones que aquellos genes que no se expresan en testículos.

• Genes testículos seleccionados positivamente – Cromosoma X

• La selección positiva influenció el sistema de reproducción masculina durante la evolución de ambas especies (competencia entre esperma) y la “meiotic drive”

Selección positiva en el cerebro• La expresión génica en cerebro ha divergido menos que en otros tejidos• No hay diferencias en la divergencia entre la región de Broca y las áreas de

la corteza visual• Acorde con la teoría neutralista ( la extensión de las diferencias no tiene

porqué reflejar la extensión de diferencias funcionales, sino más bien el tiempo de evolución desde que dos organismos/tejidos han divergido)

• Las diferencias en el cerebro humano podrían implicar genes de regulación de la energía metabólica

Conclusiones

• Confirmar la importancia de los SNP´s como fuente de variabilidad en las poblaciones

• Mayor relevancia hasta el momento de SNP´s que actúan en cis respecto trans

• Teoría neutralista es la más aceptada en genética evolutiva

• Nuevas perspectivas éticas

Bibliografía• Barbara E. Stranger et al, Population genomics of human

gene expression, Nature genetics 2007• Khaitovich P. et al., Evolution of primate gene expression,

Nature reviews genomics 2006• José M Ranz. Et al., Principles of genome evolution in the

Drosophila melanogaster species group, Plos Biology 2007• Barbara E. Stranger et al., Relative Impact of Nucleotide and

Copy Number Variation on Gene Expression Phenotypes, Science 2007

• Albert et al., Introducción a la Biología Celular, 2ª Edición Ed. Médica Panamericana

Muchas gracias!!!