clase de imprinting 2013
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ImprintingTRANSCRIPT
IMPRONTA GENOMICA(ldquoIMPRINTINGrdquo)
Conocimientos requeridos clases previas de Cromatina y Epigeneacutetica
Definicioacuten ldquomarcardquo que determina la expresioacuten de 1 solo alelo de un cierto locus dependiendo del sexo del progenitor que transmitioacute ese alelo (parent
of origin)
ocurre en mamiacuteferos y en plantas
en genes que escapan a la oleada de metilacioacuten y desmetilacioacuten que ocurre en el desarrollo embrionario temprano
concepto relativamente moderno
Primer trabajo que menciona la palabra ldquoimprintingrdquo en contexto bioloacutegico
(de comportamiento)
Klopfer et al Proc Natl Acad Sci U S A (1964) 52 911ndash914
Maternal ldquoImprintingrdquo In Goats
Primer trabajo que menciona la palabra ldquoimprintingrdquo en contexto geneacutetico bien definido
Rastan et al Nature (1983) 303 635-637
Interaction between the Xce (X-controlling element) locus and imprinting of the paternal X chromosome in mouse yolk-sac endoderm
Modelo sencillo de expresioacuten mono-aleacutelica de genes sujetos a imprinting
se mantienen las marcasque vinieron de los progenitores
no importa el sexo del individuo hijo
(el sexo va a importar despueacutes a la hora de transmitir
los alelos a su progenie)
las marcas se establecen de nuevo de acuerdo a si son gametas
masculinaso femeninas
Erasure = borroacuten y cuenta nuevaldquoresettingrdquo del imprinting
epigeneacuteticamente iguales
epigeneacuteticamente iguales
origen P M
origen P M
ERASUREldquoborroacuten y cuenta nuevardquo
Andy Bell y Vince Clarke)
marcas epigeneacuteticas de futura expresioacuten
marcas epigeneacuteticas de futura no-expresioacuten
ldquoresettingrdquo se borra el viejo imprinting y se establece nuevo imprinting
Lista de genes ldquoimprinteadosrdquo en a census of mammalian imprinting
Morison et al Trends Genet 21 457-65 (2005 )
Ejemplos cromosoma expresioacutenSNRPN
UBE3A15 paterna
materna
IGF2
H1911 paterna
materna
Xist
Tsix X paterna
materna
Solamente en embrioacuten antes de implantacioacuten despueacutes es al azar
1
2
3
Ejemplo 1 cromosoma 15q11-q13 (brazo largo)
IC SNRPN _______otros genes _________UBE3Alarr-----------------------------------36 Kb--------------------------------------rarr
expr paterna expr materna
son genes que se expresan en sistema nervioso central
IC ldquoimprinting centerrdquo region que controla el imprinting de toda la regioacuten
SNRPN y UBE3A son de expresioacuten excluyente en cis es decir
si se expresa SNRPN no se expresa UB3A en el mismo alelo y viceversa
iquestEn queacute ceacutelulas se establece (se ldquoreseteardquo) el imprinting del gen SNRPN
metodologiacutea medicioacuten de status de metilacioacuten en islas CpG (entre ellas las del IC=Imprinting Center) mediante la teacutecnica del bisulfito
Geuns et al Hum Mol Genet 12 2873-9 (2003)
embrioacuten temprano liacutenea germinal femenina
liacutenea germinal masculina
muy metilada
nada metilada
Siacutendrome de Prader Willi(PWS)
Causa 1 delecioacuten en el alelo SNRPN de origen paterno (70 de los casos)
Expresioacuten NO NOde la regioacuten
Siacutendrome de Prader Willi(PWS)
causa 2 Disomiacutea Maternal (25 de los casos)
Expresioacuten NO NO
Disomiacutea uniparental en general puede surgir por1) error en meiosis dando gametas con cromosomas duplicados provenientes de un mismo progenitor y posterior peacuterdida en cigoto del cromosoma heredado por el otro progenitor 2) o por recombinacioacuten entre cromosomas homoacutelogos en mitosis en embrioacuten temprano
Siacutendrome de Prader Willi(PWS)
causa 3 Defecto en el IC 3rsquo (PWS-IC) que (si bien causa insensibilidad a marcas epigeneacuteticas inactivadoras)tampoco permite que actuacuteen las marcas activadoras(5 de los casos)
Expresioacuten NO NO
Paacutegina de PWS associationhttpwwwpwsausaorgindexhtml
Siacutentomas
bull Neonatal hypotonia bull Feeding problems in infancy bull Excessive weight gain bull Facial features bull Hypogonadism bull Developmental delay bull Hyperphagia bull Hypopigmentation bull Small hands andor feet bull Eye abnormalities bull Thick viscous saliva bull Articulation defects
problemas de comportamiento
bull Sleep disturbance
Siacutendrome de Angelman (AS)Causa similar pero la delecioacuten es en la regioacuten
que se expresa a partir del alelo de origen maternogen UBE3A
bull Angelman Syndrome Foundation
bull httpwwwangelmanorgangel
Siacutendrome de Angelman (AS)
Siacutentomas
bull developmental delaybull mental retardationbull gross and fine motor difficultiesbull suckswallowing disorder bull wide-spaced teethbull hypopigmentation
Problemas de comportamientobull speech disorder (in most cases lack of speech)bull hypermotoric behaviorbull easily excitable personality bull frequently happy demeanor
Modelo molecular sencillo para explicar expresioacuten mono-aleacutelica (paterna) de los genes de la regioacuten (excepto de UBE3A que tiene patroacuten de
expresioacuten opuesto en cis)
factores especiacutef de liacutenea germ fem metilacioacuten rarr inactivo
no hay factores sin metilar rarr activo
_____ _____
alelos que no se expresan alelos que se expresan
IC = Imprinting Center
IC = Imprinting Center regioacuten regulatoria bipartita parte 5rsquo (AS-IC) promueve la accioacuten de metilasas parte 3rsquo (PWS-IC) isla CG receptora de esas metilasas
p
iquestPor queacute la expresioacuten excluyente en cis entre SNRPN y UBE3A
No hay un modelo molecular convincente pero probablemente se deba a un aislante transcripcional influido por una DMR
(regioacuten diferencialmente metilada) que actuacutea a distanciade modo similar a lo indicado en el ejemplo 2 (BWS)
-
regioacuten en cromosoma 11p15genes IGF2 yH19 regulados por elmismo enhancer atiacutepico ubicado 3rsquo
Ejemplo 2BeckwithndashWiedemann syndrome (BWS) - macroglosia- hepatomegalia- tumor de Wilms
se transmite por viacutea materna
enhancerNormalmente el alelo materno no estaacute metilado rarr CTCF se pega rarr IGF2 no se expresa
En BWS el alelo materno tiene una delecioacuten en DMR rarr CTCF no se pega rarrIGF2 se expresa lo cual explica el tumor de Wilms (sobre-expresioacuten de IGF2 a partir de ambos alelos)
CTCF
CTCF
Normalmente el alelo paterno estaacute metilado rarr CTCF no se pega rarr IGF2 se expresa
CTCF es un aislante transcripcional que se ubica en la DMR (regioacuten diferencialmente metilada)cuando no estaacute metilada e impide la accioacuten a distancia del enhancer sobre IGF2 (CTCF no tiene efecto sobre H19)
Si hay delecioacuten similar en alelo paterno Si hay delecioacuten similar en alelo paterno no causa cambios en la expresioacuten de IGF2 no causa cambios en la expresioacuten de IGF2 porque desaparece la plataforma para el porque desaparece la plataforma para el pegado de CTCF que igual normalmentepegado de CTCF que igual normalmente es inefectiva debido a metilaciones inefectiva debido a metilacion
Ejemplo 3INACTIVACION DEL CROMOSOMA X
en ceacutelulas XX de mamiacuteferos
antecedentes
descubrioacute en 1966 quecorpuacutesculo de (Murray) Barr (1949) es debido a un X como
heterocromatina en ceacutelulas somaacuteticas XX en interfase
sexado en las Olimpiacuteadas (para detectar transexuales XY) the presence of Barr bodies indicates femaleness whereas their absence indicates maleness This test was previously used in the International Olympic Committee Medical Commission in 1968 This test later was replaced by PCR (Y chromosome)
bull cuerpo XY (par XY como heterocromatina [hay recombinacioacuten homoacuteloga entre ellos en cortas regiones]) en ceacutelulas germinales masculinas durante el inicio de la meiosis luego se separan en la primera divisioacuten pero el X sigue heterocromatinizado en las gametas
Mary F Lyon UK (1925-)
Ejemplo 3INACTIVACION DEL CROMOSOMA X
en ceacutelulas XX de mamiacuteferos
bull Placentarios (euterianos)
debida a imprinting hasta el momento de la implantacioacuten (estadiacuteo blastocisto) Despueacutes el imprinting es borrado (excepto en trofoblasto rarr placenta) y la inactivacioacuten es al azar por un mecanismo de conteo o dosajerarr tejidos mosaico
bull No placentarios (metaterianos) p ej canguros hay imprinting de todo el X paterno a lo largo de toda la
embriogeacutenesis que continua en la vida adulta
Genes Xist y Tsix Jeannie Lee et al Harvard Medical School
Nature Genetics 21 400 - 404 (1999)
los genes responsables estaacuten localizados en el XIC (X-inactivation Center)
locus definido por geneacutetica claacutesica
RNA el verdadero inactivador en cis
RNA anti-sense el verdadero activador en cis
hibridizacioacuten in situ de RNA(RNA-FISH)
El RNA Xist recubre a todo el X del cual provino y lo inactiva
El RNA Tsix impide que se sintetice RNA Xist
iquestQueacute marcas epigeneacuteticas adquieren los X como consecuencia del RNA Xist
Chang et al Frontiers in Bioscience 11 852-866 2006
RNA
los claacutesicos
OK la inactivacioacuten de uno de los dos X es debida a genes del XIChellip
pero iquestcuaacutel X es el que se inactivaiquestEs al azar o es parent of origin Experimento mirar expresioacuten de genes Xist y Tsix por RT-PCR sobre RNA de blastocistos pre-impl de dos cepas de ratoacuten distintas (para
aprovechar polimorfismos de longitud en RNA Xist)
en hembras el RNA Xist es igual que el del padre machos no tienen RNA Xist
el RNA Tsix es el de la madre
Conclusioacuten en blastocistos XX pre-implantados el X inactivo es el de origen paterno
Madre Padre M P
F1
iquestQueacute le pasa a la progenie de una madre sin Tsix(KO para Tsix en regioacuten que no afecta al DNA Xist)
Jeannie Lee Harvard
aparece el RNA Xist de la madre
M P M PM P M P
F1F1
Mirando los blastocistos pre-implantacioacuten wt y KOdeteccioacuten de RNA Xist mediante RNA-FISH
estos embriones mutantes knock out tienen problemas de superviviencia se les inactiva el XM quetendriacutea que estar activo
En cambio los mutantes XM XPΔ no tienen problemas porque de todos modos XP estariacutea inactivo
Jeannie Lee HarvardCell 103 17ndash27 (2000)
iquestconsecuencias de este KO en la vida de los ratones
en los pocos embriones XXque sobreviven despueacutes de la implantacioacuten y borroacuten y cuenta nueva se inactiva 1 solo X pero noal azarpreferentemente es en el Xmutado(y en machos sobrevivientesel uacutenico X no se inactiva)
en estas ratonas despueacutes de la implantacioacuten la inactivacioacuten del X no es al azar preferentemente es el X mutado
Modelo sencillo de inactivacioacuten del cromosoma X
metilacioacuten
borroacuten y cuenta nueva
IC = Imprinting Center
Modelo consistente con el cuerpo XY en ceacutelulas germinales masculinas
femenino
muestra que el imprinting de todo el X (antes de la implantacioacuten) se deberia al imprinting de Tsix (en su IC)
modelo integrador que muestra asociacioacuten entre RNAs XistTsix y marcas epigeneacuteticas conocidas
Navarro et alGENES amp DEVELOPMENT (2005) 191474-1484
Tsix induces efficient H3-K4 methylation over the entire XistTsix unit
RNA Tsix
RNA Xist
RNA Xist
RNA Xist
borroacuten y cuenta nueva
Ojometilacioacuten en K4H3 es marca activadora
al azar
origen Paterno
Comprobacioacuten experimental (in vivo) del ldquomodelo del besordquo (Jeannie Lee Science 2006)
ocurrioacutebeso
Xic green Tsix red DAPI bluepara ver resto del nucleo
XX ES cells in vivo
RNA FISH para Xist (rojo) se veEn 1 X solamente
luego de extraer losembriones a distintostiempos (de distintas ratonas prentildeadas) DNA FISH in vitro para ambos X(verde y rojo)
MEFs
Xic DNA green Xist RNA red
Enriquecimiento deK27H3 en cromosoma con Xist RNA
se separan
Modelos de inactivacioacuten al azar del cromosoma X en mamiacuteferos
Enjambre de factores bloqueadores de la inactivacioacuten que quedan finalmente agregados y unidos a 1 solo X
Variable dependiente (output)distribucioacuten de moleacuteculas en cada X
When E = 0 a random walk diffusion is found
The evolution is drastically different for E = 24kT wheredroplets (swarm) of particles are formed ending up in a single cluster overing just one of the two equivalent chromosomes and thus breaking their binding symmetry
Symmetry-Breaking Model for X-Chromosome Inactivation modelo b) del ldquoenjambrerdquo de la diapo anterior mediante simulacioacuten computacional
Mario Nicodemi amp Antonella PriscoPHYSICAL REVIEW LETTERS (2007)
El modelo encaja mejor cuanto menor sea la distancia entre los dos Xs consistente con el modelo intuitivo del beso
Tambieacuten consistente con situacioacuten artificial de 3 X y queda 1 solo activoLa moleacutecula pegajosa de este modelo bien podria ser un activador de Tsix Channnn
Variables independientes a setearbull constante cineacutetica de difusion k de Arrheniusbull E = energiacutea entre moleacuteculas de factor de activacioacuten (valor alto = molec ldquopegajosardquo)bull distancia entre los dos Xbull tiempo
un X el otro X
Y en insectos
es al reveacutes que en mamiferosWeake amp Workman Nature Structural amp Molecular Biology 16 801 - 803 (2009)
hay un complejo proteico acetilador de histonas (HAT) en ceacutelulas de machos que garantiza la doble expresioacuten de genes en el uacutenico cromosoma X para igualar el nivel de expresioacuten en hembras que tienen dos X
Para tener en cuentahellip
bull los genes sujetos a imprinting evaden las oleadas de metilacioacuten y desmetilacioacuten que ocurren en la reprogramacioacuten epigeneacutetica en el desarrollo embrionario en mamiacuteferos
bull El imprinting puede perderse en animales clonados por transferencia nuclear porque se forma un cigoto ldquoparcialmente asexualrdquo que no se originoacute a partir de ambas liacuteneas germinales donde normalmente se establecen las marcas de imprinting
bull Se ha revelado el ldquoimprintomardquo de cerebro de ratoacuten adulto (Gregg et al agosto 2010) cruzas de ratones endocriados de dos diferentes cepas (para aprovechar polimorfismos y asiacute despueacutes rastrear el origen parental) En las criacuteas F1 (heterocigotas) se hizo RNA-seq masiva (pirosecuenciacioacuten de los cDNAs) Se observoacute sesgo en la expresioacuten materna o paterna de 1300 loci
iquestY la ventajas adaptativas del impritingMorison et al Trends Genet 21 457-65 (2005)
Difiacuteciles de explicar pues el imprinting hace perder la obvia ventaja de la diploidiacutea
1) Hay una teoriacutea (Ishino Develop Growth Diff 2010) que sostiene que el imprinting surgioacute en la evolucioacuten como defensa contra retrotransposicioacuten en una de las dos liacuteneas germinales (en ambas hubiera sido letal) Los autores la fundamentan invocando a los
genes parental expressed genes (peg) sujetos a imprinting (tienen DMRs) y asociados a la formacioacuten de la placenta con similitud de secuencia a retrotranposones
2) Hipoacutetesis evolutiva del ldquoConflicto Geneacuteticordquo(ldquocierrardquo para IGF2 pero no para IGF2-r)
En especies que muestran paternidad muacutetiple en 1 evento reproductivo (ldquopoliandriardquo)hellip
bull el padre privilegia su propia paternidad a traveacutes del tamantildeo de su descendencia incluso a expensas de los medio-hermanos Y lo hace transmitiendo epialelos activos de genes que promueven el crecimiento fetal p ej IGF2
bull un intereacutes de la madre es distribuir equitativamente sus recursos en toda su progenie aunque nazcan pequentildeos Y lo hace transmitiendo epialelos inactivos de genes que promueven el crecimiento fetal p ej IGF2
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Ademaacutes en el caso de IGF2 la ausencia de imprinting causariacutea su sobre-expresioacuten y mayor
propensioacuten al tumor de Wilms
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concepto relativamente moderno
Primer trabajo que menciona la palabra ldquoimprintingrdquo en contexto bioloacutegico
(de comportamiento)
Klopfer et al Proc Natl Acad Sci U S A (1964) 52 911ndash914
Maternal ldquoImprintingrdquo In Goats
Primer trabajo que menciona la palabra ldquoimprintingrdquo en contexto geneacutetico bien definido
Rastan et al Nature (1983) 303 635-637
Interaction between the Xce (X-controlling element) locus and imprinting of the paternal X chromosome in mouse yolk-sac endoderm
Modelo sencillo de expresioacuten mono-aleacutelica de genes sujetos a imprinting
se mantienen las marcasque vinieron de los progenitores
no importa el sexo del individuo hijo
(el sexo va a importar despueacutes a la hora de transmitir
los alelos a su progenie)
las marcas se establecen de nuevo de acuerdo a si son gametas
masculinaso femeninas
Erasure = borroacuten y cuenta nuevaldquoresettingrdquo del imprinting
epigeneacuteticamente iguales
epigeneacuteticamente iguales
origen P M
origen P M
ERASUREldquoborroacuten y cuenta nuevardquo
Andy Bell y Vince Clarke)
marcas epigeneacuteticas de futura expresioacuten
marcas epigeneacuteticas de futura no-expresioacuten
ldquoresettingrdquo se borra el viejo imprinting y se establece nuevo imprinting
Lista de genes ldquoimprinteadosrdquo en a census of mammalian imprinting
Morison et al Trends Genet 21 457-65 (2005 )
Ejemplos cromosoma expresioacutenSNRPN
UBE3A15 paterna
materna
IGF2
H1911 paterna
materna
Xist
Tsix X paterna
materna
Solamente en embrioacuten antes de implantacioacuten despueacutes es al azar
1
2
3
Ejemplo 1 cromosoma 15q11-q13 (brazo largo)
IC SNRPN _______otros genes _________UBE3Alarr-----------------------------------36 Kb--------------------------------------rarr
expr paterna expr materna
son genes que se expresan en sistema nervioso central
IC ldquoimprinting centerrdquo region que controla el imprinting de toda la regioacuten
SNRPN y UBE3A son de expresioacuten excluyente en cis es decir
si se expresa SNRPN no se expresa UB3A en el mismo alelo y viceversa
iquestEn queacute ceacutelulas se establece (se ldquoreseteardquo) el imprinting del gen SNRPN
metodologiacutea medicioacuten de status de metilacioacuten en islas CpG (entre ellas las del IC=Imprinting Center) mediante la teacutecnica del bisulfito
Geuns et al Hum Mol Genet 12 2873-9 (2003)
embrioacuten temprano liacutenea germinal femenina
liacutenea germinal masculina
muy metilada
nada metilada
Siacutendrome de Prader Willi(PWS)
Causa 1 delecioacuten en el alelo SNRPN de origen paterno (70 de los casos)
Expresioacuten NO NOde la regioacuten
Siacutendrome de Prader Willi(PWS)
causa 2 Disomiacutea Maternal (25 de los casos)
Expresioacuten NO NO
Disomiacutea uniparental en general puede surgir por1) error en meiosis dando gametas con cromosomas duplicados provenientes de un mismo progenitor y posterior peacuterdida en cigoto del cromosoma heredado por el otro progenitor 2) o por recombinacioacuten entre cromosomas homoacutelogos en mitosis en embrioacuten temprano
Siacutendrome de Prader Willi(PWS)
causa 3 Defecto en el IC 3rsquo (PWS-IC) que (si bien causa insensibilidad a marcas epigeneacuteticas inactivadoras)tampoco permite que actuacuteen las marcas activadoras(5 de los casos)
Expresioacuten NO NO
Paacutegina de PWS associationhttpwwwpwsausaorgindexhtml
Siacutentomas
bull Neonatal hypotonia bull Feeding problems in infancy bull Excessive weight gain bull Facial features bull Hypogonadism bull Developmental delay bull Hyperphagia bull Hypopigmentation bull Small hands andor feet bull Eye abnormalities bull Thick viscous saliva bull Articulation defects
problemas de comportamiento
bull Sleep disturbance
Siacutendrome de Angelman (AS)Causa similar pero la delecioacuten es en la regioacuten
que se expresa a partir del alelo de origen maternogen UBE3A
bull Angelman Syndrome Foundation
bull httpwwwangelmanorgangel
Siacutendrome de Angelman (AS)
Siacutentomas
bull developmental delaybull mental retardationbull gross and fine motor difficultiesbull suckswallowing disorder bull wide-spaced teethbull hypopigmentation
Problemas de comportamientobull speech disorder (in most cases lack of speech)bull hypermotoric behaviorbull easily excitable personality bull frequently happy demeanor
Modelo molecular sencillo para explicar expresioacuten mono-aleacutelica (paterna) de los genes de la regioacuten (excepto de UBE3A que tiene patroacuten de
expresioacuten opuesto en cis)
factores especiacutef de liacutenea germ fem metilacioacuten rarr inactivo
no hay factores sin metilar rarr activo
_____ _____
alelos que no se expresan alelos que se expresan
IC = Imprinting Center
IC = Imprinting Center regioacuten regulatoria bipartita parte 5rsquo (AS-IC) promueve la accioacuten de metilasas parte 3rsquo (PWS-IC) isla CG receptora de esas metilasas
p
iquestPor queacute la expresioacuten excluyente en cis entre SNRPN y UBE3A
No hay un modelo molecular convincente pero probablemente se deba a un aislante transcripcional influido por una DMR
(regioacuten diferencialmente metilada) que actuacutea a distanciade modo similar a lo indicado en el ejemplo 2 (BWS)
-
regioacuten en cromosoma 11p15genes IGF2 yH19 regulados por elmismo enhancer atiacutepico ubicado 3rsquo
Ejemplo 2BeckwithndashWiedemann syndrome (BWS) - macroglosia- hepatomegalia- tumor de Wilms
se transmite por viacutea materna
enhancerNormalmente el alelo materno no estaacute metilado rarr CTCF se pega rarr IGF2 no se expresa
En BWS el alelo materno tiene una delecioacuten en DMR rarr CTCF no se pega rarrIGF2 se expresa lo cual explica el tumor de Wilms (sobre-expresioacuten de IGF2 a partir de ambos alelos)
CTCF
CTCF
Normalmente el alelo paterno estaacute metilado rarr CTCF no se pega rarr IGF2 se expresa
CTCF es un aislante transcripcional que se ubica en la DMR (regioacuten diferencialmente metilada)cuando no estaacute metilada e impide la accioacuten a distancia del enhancer sobre IGF2 (CTCF no tiene efecto sobre H19)
Si hay delecioacuten similar en alelo paterno Si hay delecioacuten similar en alelo paterno no causa cambios en la expresioacuten de IGF2 no causa cambios en la expresioacuten de IGF2 porque desaparece la plataforma para el porque desaparece la plataforma para el pegado de CTCF que igual normalmentepegado de CTCF que igual normalmente es inefectiva debido a metilaciones inefectiva debido a metilacion
Ejemplo 3INACTIVACION DEL CROMOSOMA X
en ceacutelulas XX de mamiacuteferos
antecedentes
descubrioacute en 1966 quecorpuacutesculo de (Murray) Barr (1949) es debido a un X como
heterocromatina en ceacutelulas somaacuteticas XX en interfase
sexado en las Olimpiacuteadas (para detectar transexuales XY) the presence of Barr bodies indicates femaleness whereas their absence indicates maleness This test was previously used in the International Olympic Committee Medical Commission in 1968 This test later was replaced by PCR (Y chromosome)
bull cuerpo XY (par XY como heterocromatina [hay recombinacioacuten homoacuteloga entre ellos en cortas regiones]) en ceacutelulas germinales masculinas durante el inicio de la meiosis luego se separan en la primera divisioacuten pero el X sigue heterocromatinizado en las gametas
Mary F Lyon UK (1925-)
Ejemplo 3INACTIVACION DEL CROMOSOMA X
en ceacutelulas XX de mamiacuteferos
bull Placentarios (euterianos)
debida a imprinting hasta el momento de la implantacioacuten (estadiacuteo blastocisto) Despueacutes el imprinting es borrado (excepto en trofoblasto rarr placenta) y la inactivacioacuten es al azar por un mecanismo de conteo o dosajerarr tejidos mosaico
bull No placentarios (metaterianos) p ej canguros hay imprinting de todo el X paterno a lo largo de toda la
embriogeacutenesis que continua en la vida adulta
Genes Xist y Tsix Jeannie Lee et al Harvard Medical School
Nature Genetics 21 400 - 404 (1999)
los genes responsables estaacuten localizados en el XIC (X-inactivation Center)
locus definido por geneacutetica claacutesica
RNA el verdadero inactivador en cis
RNA anti-sense el verdadero activador en cis
hibridizacioacuten in situ de RNA(RNA-FISH)
El RNA Xist recubre a todo el X del cual provino y lo inactiva
El RNA Tsix impide que se sintetice RNA Xist
iquestQueacute marcas epigeneacuteticas adquieren los X como consecuencia del RNA Xist
Chang et al Frontiers in Bioscience 11 852-866 2006
RNA
los claacutesicos
OK la inactivacioacuten de uno de los dos X es debida a genes del XIChellip
pero iquestcuaacutel X es el que se inactivaiquestEs al azar o es parent of origin Experimento mirar expresioacuten de genes Xist y Tsix por RT-PCR sobre RNA de blastocistos pre-impl de dos cepas de ratoacuten distintas (para
aprovechar polimorfismos de longitud en RNA Xist)
en hembras el RNA Xist es igual que el del padre machos no tienen RNA Xist
el RNA Tsix es el de la madre
Conclusioacuten en blastocistos XX pre-implantados el X inactivo es el de origen paterno
Madre Padre M P
F1
iquestQueacute le pasa a la progenie de una madre sin Tsix(KO para Tsix en regioacuten que no afecta al DNA Xist)
Jeannie Lee Harvard
aparece el RNA Xist de la madre
M P M PM P M P
F1F1
Mirando los blastocistos pre-implantacioacuten wt y KOdeteccioacuten de RNA Xist mediante RNA-FISH
estos embriones mutantes knock out tienen problemas de superviviencia se les inactiva el XM quetendriacutea que estar activo
En cambio los mutantes XM XPΔ no tienen problemas porque de todos modos XP estariacutea inactivo
Jeannie Lee HarvardCell 103 17ndash27 (2000)
iquestconsecuencias de este KO en la vida de los ratones
en los pocos embriones XXque sobreviven despueacutes de la implantacioacuten y borroacuten y cuenta nueva se inactiva 1 solo X pero noal azarpreferentemente es en el Xmutado(y en machos sobrevivientesel uacutenico X no se inactiva)
en estas ratonas despueacutes de la implantacioacuten la inactivacioacuten del X no es al azar preferentemente es el X mutado
Modelo sencillo de inactivacioacuten del cromosoma X
metilacioacuten
borroacuten y cuenta nueva
IC = Imprinting Center
Modelo consistente con el cuerpo XY en ceacutelulas germinales masculinas
femenino
muestra que el imprinting de todo el X (antes de la implantacioacuten) se deberia al imprinting de Tsix (en su IC)
modelo integrador que muestra asociacioacuten entre RNAs XistTsix y marcas epigeneacuteticas conocidas
Navarro et alGENES amp DEVELOPMENT (2005) 191474-1484
Tsix induces efficient H3-K4 methylation over the entire XistTsix unit
RNA Tsix
RNA Xist
RNA Xist
RNA Xist
borroacuten y cuenta nueva
Ojometilacioacuten en K4H3 es marca activadora
al azar
origen Paterno
Comprobacioacuten experimental (in vivo) del ldquomodelo del besordquo (Jeannie Lee Science 2006)
ocurrioacutebeso
Xic green Tsix red DAPI bluepara ver resto del nucleo
XX ES cells in vivo
RNA FISH para Xist (rojo) se veEn 1 X solamente
luego de extraer losembriones a distintostiempos (de distintas ratonas prentildeadas) DNA FISH in vitro para ambos X(verde y rojo)
MEFs
Xic DNA green Xist RNA red
Enriquecimiento deK27H3 en cromosoma con Xist RNA
se separan
Modelos de inactivacioacuten al azar del cromosoma X en mamiacuteferos
Enjambre de factores bloqueadores de la inactivacioacuten que quedan finalmente agregados y unidos a 1 solo X
Variable dependiente (output)distribucioacuten de moleacuteculas en cada X
When E = 0 a random walk diffusion is found
The evolution is drastically different for E = 24kT wheredroplets (swarm) of particles are formed ending up in a single cluster overing just one of the two equivalent chromosomes and thus breaking their binding symmetry
Symmetry-Breaking Model for X-Chromosome Inactivation modelo b) del ldquoenjambrerdquo de la diapo anterior mediante simulacioacuten computacional
Mario Nicodemi amp Antonella PriscoPHYSICAL REVIEW LETTERS (2007)
El modelo encaja mejor cuanto menor sea la distancia entre los dos Xs consistente con el modelo intuitivo del beso
Tambieacuten consistente con situacioacuten artificial de 3 X y queda 1 solo activoLa moleacutecula pegajosa de este modelo bien podria ser un activador de Tsix Channnn
Variables independientes a setearbull constante cineacutetica de difusion k de Arrheniusbull E = energiacutea entre moleacuteculas de factor de activacioacuten (valor alto = molec ldquopegajosardquo)bull distancia entre los dos Xbull tiempo
un X el otro X
Y en insectos
es al reveacutes que en mamiferosWeake amp Workman Nature Structural amp Molecular Biology 16 801 - 803 (2009)
hay un complejo proteico acetilador de histonas (HAT) en ceacutelulas de machos que garantiza la doble expresioacuten de genes en el uacutenico cromosoma X para igualar el nivel de expresioacuten en hembras que tienen dos X
Para tener en cuentahellip
bull los genes sujetos a imprinting evaden las oleadas de metilacioacuten y desmetilacioacuten que ocurren en la reprogramacioacuten epigeneacutetica en el desarrollo embrionario en mamiacuteferos
bull El imprinting puede perderse en animales clonados por transferencia nuclear porque se forma un cigoto ldquoparcialmente asexualrdquo que no se originoacute a partir de ambas liacuteneas germinales donde normalmente se establecen las marcas de imprinting
bull Se ha revelado el ldquoimprintomardquo de cerebro de ratoacuten adulto (Gregg et al agosto 2010) cruzas de ratones endocriados de dos diferentes cepas (para aprovechar polimorfismos y asiacute despueacutes rastrear el origen parental) En las criacuteas F1 (heterocigotas) se hizo RNA-seq masiva (pirosecuenciacioacuten de los cDNAs) Se observoacute sesgo en la expresioacuten materna o paterna de 1300 loci
iquestY la ventajas adaptativas del impritingMorison et al Trends Genet 21 457-65 (2005)
Difiacuteciles de explicar pues el imprinting hace perder la obvia ventaja de la diploidiacutea
1) Hay una teoriacutea (Ishino Develop Growth Diff 2010) que sostiene que el imprinting surgioacute en la evolucioacuten como defensa contra retrotransposicioacuten en una de las dos liacuteneas germinales (en ambas hubiera sido letal) Los autores la fundamentan invocando a los
genes parental expressed genes (peg) sujetos a imprinting (tienen DMRs) y asociados a la formacioacuten de la placenta con similitud de secuencia a retrotranposones
2) Hipoacutetesis evolutiva del ldquoConflicto Geneacuteticordquo(ldquocierrardquo para IGF2 pero no para IGF2-r)
En especies que muestran paternidad muacutetiple en 1 evento reproductivo (ldquopoliandriardquo)hellip
bull el padre privilegia su propia paternidad a traveacutes del tamantildeo de su descendencia incluso a expensas de los medio-hermanos Y lo hace transmitiendo epialelos activos de genes que promueven el crecimiento fetal p ej IGF2
bull un intereacutes de la madre es distribuir equitativamente sus recursos en toda su progenie aunque nazcan pequentildeos Y lo hace transmitiendo epialelos inactivos de genes que promueven el crecimiento fetal p ej IGF2
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Ademaacutes en el caso de IGF2 la ausencia de imprinting causariacutea su sobre-expresioacuten y mayor
propensioacuten al tumor de Wilms
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-
Modelo sencillo de expresioacuten mono-aleacutelica de genes sujetos a imprinting
se mantienen las marcasque vinieron de los progenitores
no importa el sexo del individuo hijo
(el sexo va a importar despueacutes a la hora de transmitir
los alelos a su progenie)
las marcas se establecen de nuevo de acuerdo a si son gametas
masculinaso femeninas
Erasure = borroacuten y cuenta nuevaldquoresettingrdquo del imprinting
epigeneacuteticamente iguales
epigeneacuteticamente iguales
origen P M
origen P M
ERASUREldquoborroacuten y cuenta nuevardquo
Andy Bell y Vince Clarke)
marcas epigeneacuteticas de futura expresioacuten
marcas epigeneacuteticas de futura no-expresioacuten
ldquoresettingrdquo se borra el viejo imprinting y se establece nuevo imprinting
Lista de genes ldquoimprinteadosrdquo en a census of mammalian imprinting
Morison et al Trends Genet 21 457-65 (2005 )
Ejemplos cromosoma expresioacutenSNRPN
UBE3A15 paterna
materna
IGF2
H1911 paterna
materna
Xist
Tsix X paterna
materna
Solamente en embrioacuten antes de implantacioacuten despueacutes es al azar
1
2
3
Ejemplo 1 cromosoma 15q11-q13 (brazo largo)
IC SNRPN _______otros genes _________UBE3Alarr-----------------------------------36 Kb--------------------------------------rarr
expr paterna expr materna
son genes que se expresan en sistema nervioso central
IC ldquoimprinting centerrdquo region que controla el imprinting de toda la regioacuten
SNRPN y UBE3A son de expresioacuten excluyente en cis es decir
si se expresa SNRPN no se expresa UB3A en el mismo alelo y viceversa
iquestEn queacute ceacutelulas se establece (se ldquoreseteardquo) el imprinting del gen SNRPN
metodologiacutea medicioacuten de status de metilacioacuten en islas CpG (entre ellas las del IC=Imprinting Center) mediante la teacutecnica del bisulfito
Geuns et al Hum Mol Genet 12 2873-9 (2003)
embrioacuten temprano liacutenea germinal femenina
liacutenea germinal masculina
muy metilada
nada metilada
Siacutendrome de Prader Willi(PWS)
Causa 1 delecioacuten en el alelo SNRPN de origen paterno (70 de los casos)
Expresioacuten NO NOde la regioacuten
Siacutendrome de Prader Willi(PWS)
causa 2 Disomiacutea Maternal (25 de los casos)
Expresioacuten NO NO
Disomiacutea uniparental en general puede surgir por1) error en meiosis dando gametas con cromosomas duplicados provenientes de un mismo progenitor y posterior peacuterdida en cigoto del cromosoma heredado por el otro progenitor 2) o por recombinacioacuten entre cromosomas homoacutelogos en mitosis en embrioacuten temprano
Siacutendrome de Prader Willi(PWS)
causa 3 Defecto en el IC 3rsquo (PWS-IC) que (si bien causa insensibilidad a marcas epigeneacuteticas inactivadoras)tampoco permite que actuacuteen las marcas activadoras(5 de los casos)
Expresioacuten NO NO
Paacutegina de PWS associationhttpwwwpwsausaorgindexhtml
Siacutentomas
bull Neonatal hypotonia bull Feeding problems in infancy bull Excessive weight gain bull Facial features bull Hypogonadism bull Developmental delay bull Hyperphagia bull Hypopigmentation bull Small hands andor feet bull Eye abnormalities bull Thick viscous saliva bull Articulation defects
problemas de comportamiento
bull Sleep disturbance
Siacutendrome de Angelman (AS)Causa similar pero la delecioacuten es en la regioacuten
que se expresa a partir del alelo de origen maternogen UBE3A
bull Angelman Syndrome Foundation
bull httpwwwangelmanorgangel
Siacutendrome de Angelman (AS)
Siacutentomas
bull developmental delaybull mental retardationbull gross and fine motor difficultiesbull suckswallowing disorder bull wide-spaced teethbull hypopigmentation
Problemas de comportamientobull speech disorder (in most cases lack of speech)bull hypermotoric behaviorbull easily excitable personality bull frequently happy demeanor
Modelo molecular sencillo para explicar expresioacuten mono-aleacutelica (paterna) de los genes de la regioacuten (excepto de UBE3A que tiene patroacuten de
expresioacuten opuesto en cis)
factores especiacutef de liacutenea germ fem metilacioacuten rarr inactivo
no hay factores sin metilar rarr activo
_____ _____
alelos que no se expresan alelos que se expresan
IC = Imprinting Center
IC = Imprinting Center regioacuten regulatoria bipartita parte 5rsquo (AS-IC) promueve la accioacuten de metilasas parte 3rsquo (PWS-IC) isla CG receptora de esas metilasas
p
iquestPor queacute la expresioacuten excluyente en cis entre SNRPN y UBE3A
No hay un modelo molecular convincente pero probablemente se deba a un aislante transcripcional influido por una DMR
(regioacuten diferencialmente metilada) que actuacutea a distanciade modo similar a lo indicado en el ejemplo 2 (BWS)
-
regioacuten en cromosoma 11p15genes IGF2 yH19 regulados por elmismo enhancer atiacutepico ubicado 3rsquo
Ejemplo 2BeckwithndashWiedemann syndrome (BWS) - macroglosia- hepatomegalia- tumor de Wilms
se transmite por viacutea materna
enhancerNormalmente el alelo materno no estaacute metilado rarr CTCF se pega rarr IGF2 no se expresa
En BWS el alelo materno tiene una delecioacuten en DMR rarr CTCF no se pega rarrIGF2 se expresa lo cual explica el tumor de Wilms (sobre-expresioacuten de IGF2 a partir de ambos alelos)
CTCF
CTCF
Normalmente el alelo paterno estaacute metilado rarr CTCF no se pega rarr IGF2 se expresa
CTCF es un aislante transcripcional que se ubica en la DMR (regioacuten diferencialmente metilada)cuando no estaacute metilada e impide la accioacuten a distancia del enhancer sobre IGF2 (CTCF no tiene efecto sobre H19)
Si hay delecioacuten similar en alelo paterno Si hay delecioacuten similar en alelo paterno no causa cambios en la expresioacuten de IGF2 no causa cambios en la expresioacuten de IGF2 porque desaparece la plataforma para el porque desaparece la plataforma para el pegado de CTCF que igual normalmentepegado de CTCF que igual normalmente es inefectiva debido a metilaciones inefectiva debido a metilacion
Ejemplo 3INACTIVACION DEL CROMOSOMA X
en ceacutelulas XX de mamiacuteferos
antecedentes
descubrioacute en 1966 quecorpuacutesculo de (Murray) Barr (1949) es debido a un X como
heterocromatina en ceacutelulas somaacuteticas XX en interfase
sexado en las Olimpiacuteadas (para detectar transexuales XY) the presence of Barr bodies indicates femaleness whereas their absence indicates maleness This test was previously used in the International Olympic Committee Medical Commission in 1968 This test later was replaced by PCR (Y chromosome)
bull cuerpo XY (par XY como heterocromatina [hay recombinacioacuten homoacuteloga entre ellos en cortas regiones]) en ceacutelulas germinales masculinas durante el inicio de la meiosis luego se separan en la primera divisioacuten pero el X sigue heterocromatinizado en las gametas
Mary F Lyon UK (1925-)
Ejemplo 3INACTIVACION DEL CROMOSOMA X
en ceacutelulas XX de mamiacuteferos
bull Placentarios (euterianos)
debida a imprinting hasta el momento de la implantacioacuten (estadiacuteo blastocisto) Despueacutes el imprinting es borrado (excepto en trofoblasto rarr placenta) y la inactivacioacuten es al azar por un mecanismo de conteo o dosajerarr tejidos mosaico
bull No placentarios (metaterianos) p ej canguros hay imprinting de todo el X paterno a lo largo de toda la
embriogeacutenesis que continua en la vida adulta
Genes Xist y Tsix Jeannie Lee et al Harvard Medical School
Nature Genetics 21 400 - 404 (1999)
los genes responsables estaacuten localizados en el XIC (X-inactivation Center)
locus definido por geneacutetica claacutesica
RNA el verdadero inactivador en cis
RNA anti-sense el verdadero activador en cis
hibridizacioacuten in situ de RNA(RNA-FISH)
El RNA Xist recubre a todo el X del cual provino y lo inactiva
El RNA Tsix impide que se sintetice RNA Xist
iquestQueacute marcas epigeneacuteticas adquieren los X como consecuencia del RNA Xist
Chang et al Frontiers in Bioscience 11 852-866 2006
RNA
los claacutesicos
OK la inactivacioacuten de uno de los dos X es debida a genes del XIChellip
pero iquestcuaacutel X es el que se inactivaiquestEs al azar o es parent of origin Experimento mirar expresioacuten de genes Xist y Tsix por RT-PCR sobre RNA de blastocistos pre-impl de dos cepas de ratoacuten distintas (para
aprovechar polimorfismos de longitud en RNA Xist)
en hembras el RNA Xist es igual que el del padre machos no tienen RNA Xist
el RNA Tsix es el de la madre
Conclusioacuten en blastocistos XX pre-implantados el X inactivo es el de origen paterno
Madre Padre M P
F1
iquestQueacute le pasa a la progenie de una madre sin Tsix(KO para Tsix en regioacuten que no afecta al DNA Xist)
Jeannie Lee Harvard
aparece el RNA Xist de la madre
M P M PM P M P
F1F1
Mirando los blastocistos pre-implantacioacuten wt y KOdeteccioacuten de RNA Xist mediante RNA-FISH
estos embriones mutantes knock out tienen problemas de superviviencia se les inactiva el XM quetendriacutea que estar activo
En cambio los mutantes XM XPΔ no tienen problemas porque de todos modos XP estariacutea inactivo
Jeannie Lee HarvardCell 103 17ndash27 (2000)
iquestconsecuencias de este KO en la vida de los ratones
en los pocos embriones XXque sobreviven despueacutes de la implantacioacuten y borroacuten y cuenta nueva se inactiva 1 solo X pero noal azarpreferentemente es en el Xmutado(y en machos sobrevivientesel uacutenico X no se inactiva)
en estas ratonas despueacutes de la implantacioacuten la inactivacioacuten del X no es al azar preferentemente es el X mutado
Modelo sencillo de inactivacioacuten del cromosoma X
metilacioacuten
borroacuten y cuenta nueva
IC = Imprinting Center
Modelo consistente con el cuerpo XY en ceacutelulas germinales masculinas
femenino
muestra que el imprinting de todo el X (antes de la implantacioacuten) se deberia al imprinting de Tsix (en su IC)
modelo integrador que muestra asociacioacuten entre RNAs XistTsix y marcas epigeneacuteticas conocidas
Navarro et alGENES amp DEVELOPMENT (2005) 191474-1484
Tsix induces efficient H3-K4 methylation over the entire XistTsix unit
RNA Tsix
RNA Xist
RNA Xist
RNA Xist
borroacuten y cuenta nueva
Ojometilacioacuten en K4H3 es marca activadora
al azar
origen Paterno
Comprobacioacuten experimental (in vivo) del ldquomodelo del besordquo (Jeannie Lee Science 2006)
ocurrioacutebeso
Xic green Tsix red DAPI bluepara ver resto del nucleo
XX ES cells in vivo
RNA FISH para Xist (rojo) se veEn 1 X solamente
luego de extraer losembriones a distintostiempos (de distintas ratonas prentildeadas) DNA FISH in vitro para ambos X(verde y rojo)
MEFs
Xic DNA green Xist RNA red
Enriquecimiento deK27H3 en cromosoma con Xist RNA
se separan
Modelos de inactivacioacuten al azar del cromosoma X en mamiacuteferos
Enjambre de factores bloqueadores de la inactivacioacuten que quedan finalmente agregados y unidos a 1 solo X
Variable dependiente (output)distribucioacuten de moleacuteculas en cada X
When E = 0 a random walk diffusion is found
The evolution is drastically different for E = 24kT wheredroplets (swarm) of particles are formed ending up in a single cluster overing just one of the two equivalent chromosomes and thus breaking their binding symmetry
Symmetry-Breaking Model for X-Chromosome Inactivation modelo b) del ldquoenjambrerdquo de la diapo anterior mediante simulacioacuten computacional
Mario Nicodemi amp Antonella PriscoPHYSICAL REVIEW LETTERS (2007)
El modelo encaja mejor cuanto menor sea la distancia entre los dos Xs consistente con el modelo intuitivo del beso
Tambieacuten consistente con situacioacuten artificial de 3 X y queda 1 solo activoLa moleacutecula pegajosa de este modelo bien podria ser un activador de Tsix Channnn
Variables independientes a setearbull constante cineacutetica de difusion k de Arrheniusbull E = energiacutea entre moleacuteculas de factor de activacioacuten (valor alto = molec ldquopegajosardquo)bull distancia entre los dos Xbull tiempo
un X el otro X
Y en insectos
es al reveacutes que en mamiferosWeake amp Workman Nature Structural amp Molecular Biology 16 801 - 803 (2009)
hay un complejo proteico acetilador de histonas (HAT) en ceacutelulas de machos que garantiza la doble expresioacuten de genes en el uacutenico cromosoma X para igualar el nivel de expresioacuten en hembras que tienen dos X
Para tener en cuentahellip
bull los genes sujetos a imprinting evaden las oleadas de metilacioacuten y desmetilacioacuten que ocurren en la reprogramacioacuten epigeneacutetica en el desarrollo embrionario en mamiacuteferos
bull El imprinting puede perderse en animales clonados por transferencia nuclear porque se forma un cigoto ldquoparcialmente asexualrdquo que no se originoacute a partir de ambas liacuteneas germinales donde normalmente se establecen las marcas de imprinting
bull Se ha revelado el ldquoimprintomardquo de cerebro de ratoacuten adulto (Gregg et al agosto 2010) cruzas de ratones endocriados de dos diferentes cepas (para aprovechar polimorfismos y asiacute despueacutes rastrear el origen parental) En las criacuteas F1 (heterocigotas) se hizo RNA-seq masiva (pirosecuenciacioacuten de los cDNAs) Se observoacute sesgo en la expresioacuten materna o paterna de 1300 loci
iquestY la ventajas adaptativas del impritingMorison et al Trends Genet 21 457-65 (2005)
Difiacuteciles de explicar pues el imprinting hace perder la obvia ventaja de la diploidiacutea
1) Hay una teoriacutea (Ishino Develop Growth Diff 2010) que sostiene que el imprinting surgioacute en la evolucioacuten como defensa contra retrotransposicioacuten en una de las dos liacuteneas germinales (en ambas hubiera sido letal) Los autores la fundamentan invocando a los
genes parental expressed genes (peg) sujetos a imprinting (tienen DMRs) y asociados a la formacioacuten de la placenta con similitud de secuencia a retrotranposones
2) Hipoacutetesis evolutiva del ldquoConflicto Geneacuteticordquo(ldquocierrardquo para IGF2 pero no para IGF2-r)
En especies que muestran paternidad muacutetiple en 1 evento reproductivo (ldquopoliandriardquo)hellip
bull el padre privilegia su propia paternidad a traveacutes del tamantildeo de su descendencia incluso a expensas de los medio-hermanos Y lo hace transmitiendo epialelos activos de genes que promueven el crecimiento fetal p ej IGF2
bull un intereacutes de la madre es distribuir equitativamente sus recursos en toda su progenie aunque nazcan pequentildeos Y lo hace transmitiendo epialelos inactivos de genes que promueven el crecimiento fetal p ej IGF2
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propensioacuten al tumor de Wilms
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ERASUREldquoborroacuten y cuenta nuevardquo
Andy Bell y Vince Clarke)
marcas epigeneacuteticas de futura expresioacuten
marcas epigeneacuteticas de futura no-expresioacuten
ldquoresettingrdquo se borra el viejo imprinting y se establece nuevo imprinting
Lista de genes ldquoimprinteadosrdquo en a census of mammalian imprinting
Morison et al Trends Genet 21 457-65 (2005 )
Ejemplos cromosoma expresioacutenSNRPN
UBE3A15 paterna
materna
IGF2
H1911 paterna
materna
Xist
Tsix X paterna
materna
Solamente en embrioacuten antes de implantacioacuten despueacutes es al azar
1
2
3
Ejemplo 1 cromosoma 15q11-q13 (brazo largo)
IC SNRPN _______otros genes _________UBE3Alarr-----------------------------------36 Kb--------------------------------------rarr
expr paterna expr materna
son genes que se expresan en sistema nervioso central
IC ldquoimprinting centerrdquo region que controla el imprinting de toda la regioacuten
SNRPN y UBE3A son de expresioacuten excluyente en cis es decir
si se expresa SNRPN no se expresa UB3A en el mismo alelo y viceversa
iquestEn queacute ceacutelulas se establece (se ldquoreseteardquo) el imprinting del gen SNRPN
metodologiacutea medicioacuten de status de metilacioacuten en islas CpG (entre ellas las del IC=Imprinting Center) mediante la teacutecnica del bisulfito
Geuns et al Hum Mol Genet 12 2873-9 (2003)
embrioacuten temprano liacutenea germinal femenina
liacutenea germinal masculina
muy metilada
nada metilada
Siacutendrome de Prader Willi(PWS)
Causa 1 delecioacuten en el alelo SNRPN de origen paterno (70 de los casos)
Expresioacuten NO NOde la regioacuten
Siacutendrome de Prader Willi(PWS)
causa 2 Disomiacutea Maternal (25 de los casos)
Expresioacuten NO NO
Disomiacutea uniparental en general puede surgir por1) error en meiosis dando gametas con cromosomas duplicados provenientes de un mismo progenitor y posterior peacuterdida en cigoto del cromosoma heredado por el otro progenitor 2) o por recombinacioacuten entre cromosomas homoacutelogos en mitosis en embrioacuten temprano
Siacutendrome de Prader Willi(PWS)
causa 3 Defecto en el IC 3rsquo (PWS-IC) que (si bien causa insensibilidad a marcas epigeneacuteticas inactivadoras)tampoco permite que actuacuteen las marcas activadoras(5 de los casos)
Expresioacuten NO NO
Paacutegina de PWS associationhttpwwwpwsausaorgindexhtml
Siacutentomas
bull Neonatal hypotonia bull Feeding problems in infancy bull Excessive weight gain bull Facial features bull Hypogonadism bull Developmental delay bull Hyperphagia bull Hypopigmentation bull Small hands andor feet bull Eye abnormalities bull Thick viscous saliva bull Articulation defects
problemas de comportamiento
bull Sleep disturbance
Siacutendrome de Angelman (AS)Causa similar pero la delecioacuten es en la regioacuten
que se expresa a partir del alelo de origen maternogen UBE3A
bull Angelman Syndrome Foundation
bull httpwwwangelmanorgangel
Siacutendrome de Angelman (AS)
Siacutentomas
bull developmental delaybull mental retardationbull gross and fine motor difficultiesbull suckswallowing disorder bull wide-spaced teethbull hypopigmentation
Problemas de comportamientobull speech disorder (in most cases lack of speech)bull hypermotoric behaviorbull easily excitable personality bull frequently happy demeanor
Modelo molecular sencillo para explicar expresioacuten mono-aleacutelica (paterna) de los genes de la regioacuten (excepto de UBE3A que tiene patroacuten de
expresioacuten opuesto en cis)
factores especiacutef de liacutenea germ fem metilacioacuten rarr inactivo
no hay factores sin metilar rarr activo
_____ _____
alelos que no se expresan alelos que se expresan
IC = Imprinting Center
IC = Imprinting Center regioacuten regulatoria bipartita parte 5rsquo (AS-IC) promueve la accioacuten de metilasas parte 3rsquo (PWS-IC) isla CG receptora de esas metilasas
p
iquestPor queacute la expresioacuten excluyente en cis entre SNRPN y UBE3A
No hay un modelo molecular convincente pero probablemente se deba a un aislante transcripcional influido por una DMR
(regioacuten diferencialmente metilada) que actuacutea a distanciade modo similar a lo indicado en el ejemplo 2 (BWS)
-
regioacuten en cromosoma 11p15genes IGF2 yH19 regulados por elmismo enhancer atiacutepico ubicado 3rsquo
Ejemplo 2BeckwithndashWiedemann syndrome (BWS) - macroglosia- hepatomegalia- tumor de Wilms
se transmite por viacutea materna
enhancerNormalmente el alelo materno no estaacute metilado rarr CTCF se pega rarr IGF2 no se expresa
En BWS el alelo materno tiene una delecioacuten en DMR rarr CTCF no se pega rarrIGF2 se expresa lo cual explica el tumor de Wilms (sobre-expresioacuten de IGF2 a partir de ambos alelos)
CTCF
CTCF
Normalmente el alelo paterno estaacute metilado rarr CTCF no se pega rarr IGF2 se expresa
CTCF es un aislante transcripcional que se ubica en la DMR (regioacuten diferencialmente metilada)cuando no estaacute metilada e impide la accioacuten a distancia del enhancer sobre IGF2 (CTCF no tiene efecto sobre H19)
Si hay delecioacuten similar en alelo paterno Si hay delecioacuten similar en alelo paterno no causa cambios en la expresioacuten de IGF2 no causa cambios en la expresioacuten de IGF2 porque desaparece la plataforma para el porque desaparece la plataforma para el pegado de CTCF que igual normalmentepegado de CTCF que igual normalmente es inefectiva debido a metilaciones inefectiva debido a metilacion
Ejemplo 3INACTIVACION DEL CROMOSOMA X
en ceacutelulas XX de mamiacuteferos
antecedentes
descubrioacute en 1966 quecorpuacutesculo de (Murray) Barr (1949) es debido a un X como
heterocromatina en ceacutelulas somaacuteticas XX en interfase
sexado en las Olimpiacuteadas (para detectar transexuales XY) the presence of Barr bodies indicates femaleness whereas their absence indicates maleness This test was previously used in the International Olympic Committee Medical Commission in 1968 This test later was replaced by PCR (Y chromosome)
bull cuerpo XY (par XY como heterocromatina [hay recombinacioacuten homoacuteloga entre ellos en cortas regiones]) en ceacutelulas germinales masculinas durante el inicio de la meiosis luego se separan en la primera divisioacuten pero el X sigue heterocromatinizado en las gametas
Mary F Lyon UK (1925-)
Ejemplo 3INACTIVACION DEL CROMOSOMA X
en ceacutelulas XX de mamiacuteferos
bull Placentarios (euterianos)
debida a imprinting hasta el momento de la implantacioacuten (estadiacuteo blastocisto) Despueacutes el imprinting es borrado (excepto en trofoblasto rarr placenta) y la inactivacioacuten es al azar por un mecanismo de conteo o dosajerarr tejidos mosaico
bull No placentarios (metaterianos) p ej canguros hay imprinting de todo el X paterno a lo largo de toda la
embriogeacutenesis que continua en la vida adulta
Genes Xist y Tsix Jeannie Lee et al Harvard Medical School
Nature Genetics 21 400 - 404 (1999)
los genes responsables estaacuten localizados en el XIC (X-inactivation Center)
locus definido por geneacutetica claacutesica
RNA el verdadero inactivador en cis
RNA anti-sense el verdadero activador en cis
hibridizacioacuten in situ de RNA(RNA-FISH)
El RNA Xist recubre a todo el X del cual provino y lo inactiva
El RNA Tsix impide que se sintetice RNA Xist
iquestQueacute marcas epigeneacuteticas adquieren los X como consecuencia del RNA Xist
Chang et al Frontiers in Bioscience 11 852-866 2006
RNA
los claacutesicos
OK la inactivacioacuten de uno de los dos X es debida a genes del XIChellip
pero iquestcuaacutel X es el que se inactivaiquestEs al azar o es parent of origin Experimento mirar expresioacuten de genes Xist y Tsix por RT-PCR sobre RNA de blastocistos pre-impl de dos cepas de ratoacuten distintas (para
aprovechar polimorfismos de longitud en RNA Xist)
en hembras el RNA Xist es igual que el del padre machos no tienen RNA Xist
el RNA Tsix es el de la madre
Conclusioacuten en blastocistos XX pre-implantados el X inactivo es el de origen paterno
Madre Padre M P
F1
iquestQueacute le pasa a la progenie de una madre sin Tsix(KO para Tsix en regioacuten que no afecta al DNA Xist)
Jeannie Lee Harvard
aparece el RNA Xist de la madre
M P M PM P M P
F1F1
Mirando los blastocistos pre-implantacioacuten wt y KOdeteccioacuten de RNA Xist mediante RNA-FISH
estos embriones mutantes knock out tienen problemas de superviviencia se les inactiva el XM quetendriacutea que estar activo
En cambio los mutantes XM XPΔ no tienen problemas porque de todos modos XP estariacutea inactivo
Jeannie Lee HarvardCell 103 17ndash27 (2000)
iquestconsecuencias de este KO en la vida de los ratones
en los pocos embriones XXque sobreviven despueacutes de la implantacioacuten y borroacuten y cuenta nueva se inactiva 1 solo X pero noal azarpreferentemente es en el Xmutado(y en machos sobrevivientesel uacutenico X no se inactiva)
en estas ratonas despueacutes de la implantacioacuten la inactivacioacuten del X no es al azar preferentemente es el X mutado
Modelo sencillo de inactivacioacuten del cromosoma X
metilacioacuten
borroacuten y cuenta nueva
IC = Imprinting Center
Modelo consistente con el cuerpo XY en ceacutelulas germinales masculinas
femenino
muestra que el imprinting de todo el X (antes de la implantacioacuten) se deberia al imprinting de Tsix (en su IC)
modelo integrador que muestra asociacioacuten entre RNAs XistTsix y marcas epigeneacuteticas conocidas
Navarro et alGENES amp DEVELOPMENT (2005) 191474-1484
Tsix induces efficient H3-K4 methylation over the entire XistTsix unit
RNA Tsix
RNA Xist
RNA Xist
RNA Xist
borroacuten y cuenta nueva
Ojometilacioacuten en K4H3 es marca activadora
al azar
origen Paterno
Comprobacioacuten experimental (in vivo) del ldquomodelo del besordquo (Jeannie Lee Science 2006)
ocurrioacutebeso
Xic green Tsix red DAPI bluepara ver resto del nucleo
XX ES cells in vivo
RNA FISH para Xist (rojo) se veEn 1 X solamente
luego de extraer losembriones a distintostiempos (de distintas ratonas prentildeadas) DNA FISH in vitro para ambos X(verde y rojo)
MEFs
Xic DNA green Xist RNA red
Enriquecimiento deK27H3 en cromosoma con Xist RNA
se separan
Modelos de inactivacioacuten al azar del cromosoma X en mamiacuteferos
Enjambre de factores bloqueadores de la inactivacioacuten que quedan finalmente agregados y unidos a 1 solo X
Variable dependiente (output)distribucioacuten de moleacuteculas en cada X
When E = 0 a random walk diffusion is found
The evolution is drastically different for E = 24kT wheredroplets (swarm) of particles are formed ending up in a single cluster overing just one of the two equivalent chromosomes and thus breaking their binding symmetry
Symmetry-Breaking Model for X-Chromosome Inactivation modelo b) del ldquoenjambrerdquo de la diapo anterior mediante simulacioacuten computacional
Mario Nicodemi amp Antonella PriscoPHYSICAL REVIEW LETTERS (2007)
El modelo encaja mejor cuanto menor sea la distancia entre los dos Xs consistente con el modelo intuitivo del beso
Tambieacuten consistente con situacioacuten artificial de 3 X y queda 1 solo activoLa moleacutecula pegajosa de este modelo bien podria ser un activador de Tsix Channnn
Variables independientes a setearbull constante cineacutetica de difusion k de Arrheniusbull E = energiacutea entre moleacuteculas de factor de activacioacuten (valor alto = molec ldquopegajosardquo)bull distancia entre los dos Xbull tiempo
un X el otro X
Y en insectos
es al reveacutes que en mamiferosWeake amp Workman Nature Structural amp Molecular Biology 16 801 - 803 (2009)
hay un complejo proteico acetilador de histonas (HAT) en ceacutelulas de machos que garantiza la doble expresioacuten de genes en el uacutenico cromosoma X para igualar el nivel de expresioacuten en hembras que tienen dos X
Para tener en cuentahellip
bull los genes sujetos a imprinting evaden las oleadas de metilacioacuten y desmetilacioacuten que ocurren en la reprogramacioacuten epigeneacutetica en el desarrollo embrionario en mamiacuteferos
bull El imprinting puede perderse en animales clonados por transferencia nuclear porque se forma un cigoto ldquoparcialmente asexualrdquo que no se originoacute a partir de ambas liacuteneas germinales donde normalmente se establecen las marcas de imprinting
bull Se ha revelado el ldquoimprintomardquo de cerebro de ratoacuten adulto (Gregg et al agosto 2010) cruzas de ratones endocriados de dos diferentes cepas (para aprovechar polimorfismos y asiacute despueacutes rastrear el origen parental) En las criacuteas F1 (heterocigotas) se hizo RNA-seq masiva (pirosecuenciacioacuten de los cDNAs) Se observoacute sesgo en la expresioacuten materna o paterna de 1300 loci
iquestY la ventajas adaptativas del impritingMorison et al Trends Genet 21 457-65 (2005)
Difiacuteciles de explicar pues el imprinting hace perder la obvia ventaja de la diploidiacutea
1) Hay una teoriacutea (Ishino Develop Growth Diff 2010) que sostiene que el imprinting surgioacute en la evolucioacuten como defensa contra retrotransposicioacuten en una de las dos liacuteneas germinales (en ambas hubiera sido letal) Los autores la fundamentan invocando a los
genes parental expressed genes (peg) sujetos a imprinting (tienen DMRs) y asociados a la formacioacuten de la placenta con similitud de secuencia a retrotranposones
2) Hipoacutetesis evolutiva del ldquoConflicto Geneacuteticordquo(ldquocierrardquo para IGF2 pero no para IGF2-r)
En especies que muestran paternidad muacutetiple en 1 evento reproductivo (ldquopoliandriardquo)hellip
bull el padre privilegia su propia paternidad a traveacutes del tamantildeo de su descendencia incluso a expensas de los medio-hermanos Y lo hace transmitiendo epialelos activos de genes que promueven el crecimiento fetal p ej IGF2
bull un intereacutes de la madre es distribuir equitativamente sus recursos en toda su progenie aunque nazcan pequentildeos Y lo hace transmitiendo epialelos inactivos de genes que promueven el crecimiento fetal p ej IGF2
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Ademaacutes en el caso de IGF2 la ausencia de imprinting causariacutea su sobre-expresioacuten y mayor
propensioacuten al tumor de Wilms
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marcas epigeneacuteticas de futura expresioacuten
marcas epigeneacuteticas de futura no-expresioacuten
ldquoresettingrdquo se borra el viejo imprinting y se establece nuevo imprinting
Lista de genes ldquoimprinteadosrdquo en a census of mammalian imprinting
Morison et al Trends Genet 21 457-65 (2005 )
Ejemplos cromosoma expresioacutenSNRPN
UBE3A15 paterna
materna
IGF2
H1911 paterna
materna
Xist
Tsix X paterna
materna
Solamente en embrioacuten antes de implantacioacuten despueacutes es al azar
1
2
3
Ejemplo 1 cromosoma 15q11-q13 (brazo largo)
IC SNRPN _______otros genes _________UBE3Alarr-----------------------------------36 Kb--------------------------------------rarr
expr paterna expr materna
son genes que se expresan en sistema nervioso central
IC ldquoimprinting centerrdquo region que controla el imprinting de toda la regioacuten
SNRPN y UBE3A son de expresioacuten excluyente en cis es decir
si se expresa SNRPN no se expresa UB3A en el mismo alelo y viceversa
iquestEn queacute ceacutelulas se establece (se ldquoreseteardquo) el imprinting del gen SNRPN
metodologiacutea medicioacuten de status de metilacioacuten en islas CpG (entre ellas las del IC=Imprinting Center) mediante la teacutecnica del bisulfito
Geuns et al Hum Mol Genet 12 2873-9 (2003)
embrioacuten temprano liacutenea germinal femenina
liacutenea germinal masculina
muy metilada
nada metilada
Siacutendrome de Prader Willi(PWS)
Causa 1 delecioacuten en el alelo SNRPN de origen paterno (70 de los casos)
Expresioacuten NO NOde la regioacuten
Siacutendrome de Prader Willi(PWS)
causa 2 Disomiacutea Maternal (25 de los casos)
Expresioacuten NO NO
Disomiacutea uniparental en general puede surgir por1) error en meiosis dando gametas con cromosomas duplicados provenientes de un mismo progenitor y posterior peacuterdida en cigoto del cromosoma heredado por el otro progenitor 2) o por recombinacioacuten entre cromosomas homoacutelogos en mitosis en embrioacuten temprano
Siacutendrome de Prader Willi(PWS)
causa 3 Defecto en el IC 3rsquo (PWS-IC) que (si bien causa insensibilidad a marcas epigeneacuteticas inactivadoras)tampoco permite que actuacuteen las marcas activadoras(5 de los casos)
Expresioacuten NO NO
Paacutegina de PWS associationhttpwwwpwsausaorgindexhtml
Siacutentomas
bull Neonatal hypotonia bull Feeding problems in infancy bull Excessive weight gain bull Facial features bull Hypogonadism bull Developmental delay bull Hyperphagia bull Hypopigmentation bull Small hands andor feet bull Eye abnormalities bull Thick viscous saliva bull Articulation defects
problemas de comportamiento
bull Sleep disturbance
Siacutendrome de Angelman (AS)Causa similar pero la delecioacuten es en la regioacuten
que se expresa a partir del alelo de origen maternogen UBE3A
bull Angelman Syndrome Foundation
bull httpwwwangelmanorgangel
Siacutendrome de Angelman (AS)
Siacutentomas
bull developmental delaybull mental retardationbull gross and fine motor difficultiesbull suckswallowing disorder bull wide-spaced teethbull hypopigmentation
Problemas de comportamientobull speech disorder (in most cases lack of speech)bull hypermotoric behaviorbull easily excitable personality bull frequently happy demeanor
Modelo molecular sencillo para explicar expresioacuten mono-aleacutelica (paterna) de los genes de la regioacuten (excepto de UBE3A que tiene patroacuten de
expresioacuten opuesto en cis)
factores especiacutef de liacutenea germ fem metilacioacuten rarr inactivo
no hay factores sin metilar rarr activo
_____ _____
alelos que no se expresan alelos que se expresan
IC = Imprinting Center
IC = Imprinting Center regioacuten regulatoria bipartita parte 5rsquo (AS-IC) promueve la accioacuten de metilasas parte 3rsquo (PWS-IC) isla CG receptora de esas metilasas
p
iquestPor queacute la expresioacuten excluyente en cis entre SNRPN y UBE3A
No hay un modelo molecular convincente pero probablemente se deba a un aislante transcripcional influido por una DMR
(regioacuten diferencialmente metilada) que actuacutea a distanciade modo similar a lo indicado en el ejemplo 2 (BWS)
-
regioacuten en cromosoma 11p15genes IGF2 yH19 regulados por elmismo enhancer atiacutepico ubicado 3rsquo
Ejemplo 2BeckwithndashWiedemann syndrome (BWS) - macroglosia- hepatomegalia- tumor de Wilms
se transmite por viacutea materna
enhancerNormalmente el alelo materno no estaacute metilado rarr CTCF se pega rarr IGF2 no se expresa
En BWS el alelo materno tiene una delecioacuten en DMR rarr CTCF no se pega rarrIGF2 se expresa lo cual explica el tumor de Wilms (sobre-expresioacuten de IGF2 a partir de ambos alelos)
CTCF
CTCF
Normalmente el alelo paterno estaacute metilado rarr CTCF no se pega rarr IGF2 se expresa
CTCF es un aislante transcripcional que se ubica en la DMR (regioacuten diferencialmente metilada)cuando no estaacute metilada e impide la accioacuten a distancia del enhancer sobre IGF2 (CTCF no tiene efecto sobre H19)
Si hay delecioacuten similar en alelo paterno Si hay delecioacuten similar en alelo paterno no causa cambios en la expresioacuten de IGF2 no causa cambios en la expresioacuten de IGF2 porque desaparece la plataforma para el porque desaparece la plataforma para el pegado de CTCF que igual normalmentepegado de CTCF que igual normalmente es inefectiva debido a metilaciones inefectiva debido a metilacion
Ejemplo 3INACTIVACION DEL CROMOSOMA X
en ceacutelulas XX de mamiacuteferos
antecedentes
descubrioacute en 1966 quecorpuacutesculo de (Murray) Barr (1949) es debido a un X como
heterocromatina en ceacutelulas somaacuteticas XX en interfase
sexado en las Olimpiacuteadas (para detectar transexuales XY) the presence of Barr bodies indicates femaleness whereas their absence indicates maleness This test was previously used in the International Olympic Committee Medical Commission in 1968 This test later was replaced by PCR (Y chromosome)
bull cuerpo XY (par XY como heterocromatina [hay recombinacioacuten homoacuteloga entre ellos en cortas regiones]) en ceacutelulas germinales masculinas durante el inicio de la meiosis luego se separan en la primera divisioacuten pero el X sigue heterocromatinizado en las gametas
Mary F Lyon UK (1925-)
Ejemplo 3INACTIVACION DEL CROMOSOMA X
en ceacutelulas XX de mamiacuteferos
bull Placentarios (euterianos)
debida a imprinting hasta el momento de la implantacioacuten (estadiacuteo blastocisto) Despueacutes el imprinting es borrado (excepto en trofoblasto rarr placenta) y la inactivacioacuten es al azar por un mecanismo de conteo o dosajerarr tejidos mosaico
bull No placentarios (metaterianos) p ej canguros hay imprinting de todo el X paterno a lo largo de toda la
embriogeacutenesis que continua en la vida adulta
Genes Xist y Tsix Jeannie Lee et al Harvard Medical School
Nature Genetics 21 400 - 404 (1999)
los genes responsables estaacuten localizados en el XIC (X-inactivation Center)
locus definido por geneacutetica claacutesica
RNA el verdadero inactivador en cis
RNA anti-sense el verdadero activador en cis
hibridizacioacuten in situ de RNA(RNA-FISH)
El RNA Xist recubre a todo el X del cual provino y lo inactiva
El RNA Tsix impide que se sintetice RNA Xist
iquestQueacute marcas epigeneacuteticas adquieren los X como consecuencia del RNA Xist
Chang et al Frontiers in Bioscience 11 852-866 2006
RNA
los claacutesicos
OK la inactivacioacuten de uno de los dos X es debida a genes del XIChellip
pero iquestcuaacutel X es el que se inactivaiquestEs al azar o es parent of origin Experimento mirar expresioacuten de genes Xist y Tsix por RT-PCR sobre RNA de blastocistos pre-impl de dos cepas de ratoacuten distintas (para
aprovechar polimorfismos de longitud en RNA Xist)
en hembras el RNA Xist es igual que el del padre machos no tienen RNA Xist
el RNA Tsix es el de la madre
Conclusioacuten en blastocistos XX pre-implantados el X inactivo es el de origen paterno
Madre Padre M P
F1
iquestQueacute le pasa a la progenie de una madre sin Tsix(KO para Tsix en regioacuten que no afecta al DNA Xist)
Jeannie Lee Harvard
aparece el RNA Xist de la madre
M P M PM P M P
F1F1
Mirando los blastocistos pre-implantacioacuten wt y KOdeteccioacuten de RNA Xist mediante RNA-FISH
estos embriones mutantes knock out tienen problemas de superviviencia se les inactiva el XM quetendriacutea que estar activo
En cambio los mutantes XM XPΔ no tienen problemas porque de todos modos XP estariacutea inactivo
Jeannie Lee HarvardCell 103 17ndash27 (2000)
iquestconsecuencias de este KO en la vida de los ratones
en los pocos embriones XXque sobreviven despueacutes de la implantacioacuten y borroacuten y cuenta nueva se inactiva 1 solo X pero noal azarpreferentemente es en el Xmutado(y en machos sobrevivientesel uacutenico X no se inactiva)
en estas ratonas despueacutes de la implantacioacuten la inactivacioacuten del X no es al azar preferentemente es el X mutado
Modelo sencillo de inactivacioacuten del cromosoma X
metilacioacuten
borroacuten y cuenta nueva
IC = Imprinting Center
Modelo consistente con el cuerpo XY en ceacutelulas germinales masculinas
femenino
muestra que el imprinting de todo el X (antes de la implantacioacuten) se deberia al imprinting de Tsix (en su IC)
modelo integrador que muestra asociacioacuten entre RNAs XistTsix y marcas epigeneacuteticas conocidas
Navarro et alGENES amp DEVELOPMENT (2005) 191474-1484
Tsix induces efficient H3-K4 methylation over the entire XistTsix unit
RNA Tsix
RNA Xist
RNA Xist
RNA Xist
borroacuten y cuenta nueva
Ojometilacioacuten en K4H3 es marca activadora
al azar
origen Paterno
Comprobacioacuten experimental (in vivo) del ldquomodelo del besordquo (Jeannie Lee Science 2006)
ocurrioacutebeso
Xic green Tsix red DAPI bluepara ver resto del nucleo
XX ES cells in vivo
RNA FISH para Xist (rojo) se veEn 1 X solamente
luego de extraer losembriones a distintostiempos (de distintas ratonas prentildeadas) DNA FISH in vitro para ambos X(verde y rojo)
MEFs
Xic DNA green Xist RNA red
Enriquecimiento deK27H3 en cromosoma con Xist RNA
se separan
Modelos de inactivacioacuten al azar del cromosoma X en mamiacuteferos
Enjambre de factores bloqueadores de la inactivacioacuten que quedan finalmente agregados y unidos a 1 solo X
Variable dependiente (output)distribucioacuten de moleacuteculas en cada X
When E = 0 a random walk diffusion is found
The evolution is drastically different for E = 24kT wheredroplets (swarm) of particles are formed ending up in a single cluster overing just one of the two equivalent chromosomes and thus breaking their binding symmetry
Symmetry-Breaking Model for X-Chromosome Inactivation modelo b) del ldquoenjambrerdquo de la diapo anterior mediante simulacioacuten computacional
Mario Nicodemi amp Antonella PriscoPHYSICAL REVIEW LETTERS (2007)
El modelo encaja mejor cuanto menor sea la distancia entre los dos Xs consistente con el modelo intuitivo del beso
Tambieacuten consistente con situacioacuten artificial de 3 X y queda 1 solo activoLa moleacutecula pegajosa de este modelo bien podria ser un activador de Tsix Channnn
Variables independientes a setearbull constante cineacutetica de difusion k de Arrheniusbull E = energiacutea entre moleacuteculas de factor de activacioacuten (valor alto = molec ldquopegajosardquo)bull distancia entre los dos Xbull tiempo
un X el otro X
Y en insectos
es al reveacutes que en mamiferosWeake amp Workman Nature Structural amp Molecular Biology 16 801 - 803 (2009)
hay un complejo proteico acetilador de histonas (HAT) en ceacutelulas de machos que garantiza la doble expresioacuten de genes en el uacutenico cromosoma X para igualar el nivel de expresioacuten en hembras que tienen dos X
Para tener en cuentahellip
bull los genes sujetos a imprinting evaden las oleadas de metilacioacuten y desmetilacioacuten que ocurren en la reprogramacioacuten epigeneacutetica en el desarrollo embrionario en mamiacuteferos
bull El imprinting puede perderse en animales clonados por transferencia nuclear porque se forma un cigoto ldquoparcialmente asexualrdquo que no se originoacute a partir de ambas liacuteneas germinales donde normalmente se establecen las marcas de imprinting
bull Se ha revelado el ldquoimprintomardquo de cerebro de ratoacuten adulto (Gregg et al agosto 2010) cruzas de ratones endocriados de dos diferentes cepas (para aprovechar polimorfismos y asiacute despueacutes rastrear el origen parental) En las criacuteas F1 (heterocigotas) se hizo RNA-seq masiva (pirosecuenciacioacuten de los cDNAs) Se observoacute sesgo en la expresioacuten materna o paterna de 1300 loci
iquestY la ventajas adaptativas del impritingMorison et al Trends Genet 21 457-65 (2005)
Difiacuteciles de explicar pues el imprinting hace perder la obvia ventaja de la diploidiacutea
1) Hay una teoriacutea (Ishino Develop Growth Diff 2010) que sostiene que el imprinting surgioacute en la evolucioacuten como defensa contra retrotransposicioacuten en una de las dos liacuteneas germinales (en ambas hubiera sido letal) Los autores la fundamentan invocando a los
genes parental expressed genes (peg) sujetos a imprinting (tienen DMRs) y asociados a la formacioacuten de la placenta con similitud de secuencia a retrotranposones
2) Hipoacutetesis evolutiva del ldquoConflicto Geneacuteticordquo(ldquocierrardquo para IGF2 pero no para IGF2-r)
En especies que muestran paternidad muacutetiple en 1 evento reproductivo (ldquopoliandriardquo)hellip
bull el padre privilegia su propia paternidad a traveacutes del tamantildeo de su descendencia incluso a expensas de los medio-hermanos Y lo hace transmitiendo epialelos activos de genes que promueven el crecimiento fetal p ej IGF2
bull un intereacutes de la madre es distribuir equitativamente sus recursos en toda su progenie aunque nazcan pequentildeos Y lo hace transmitiendo epialelos inactivos de genes que promueven el crecimiento fetal p ej IGF2
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propensioacuten al tumor de Wilms
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Lista de genes ldquoimprinteadosrdquo en a census of mammalian imprinting
Morison et al Trends Genet 21 457-65 (2005 )
Ejemplos cromosoma expresioacutenSNRPN
UBE3A15 paterna
materna
IGF2
H1911 paterna
materna
Xist
Tsix X paterna
materna
Solamente en embrioacuten antes de implantacioacuten despueacutes es al azar
1
2
3
Ejemplo 1 cromosoma 15q11-q13 (brazo largo)
IC SNRPN _______otros genes _________UBE3Alarr-----------------------------------36 Kb--------------------------------------rarr
expr paterna expr materna
son genes que se expresan en sistema nervioso central
IC ldquoimprinting centerrdquo region que controla el imprinting de toda la regioacuten
SNRPN y UBE3A son de expresioacuten excluyente en cis es decir
si se expresa SNRPN no se expresa UB3A en el mismo alelo y viceversa
iquestEn queacute ceacutelulas se establece (se ldquoreseteardquo) el imprinting del gen SNRPN
metodologiacutea medicioacuten de status de metilacioacuten en islas CpG (entre ellas las del IC=Imprinting Center) mediante la teacutecnica del bisulfito
Geuns et al Hum Mol Genet 12 2873-9 (2003)
embrioacuten temprano liacutenea germinal femenina
liacutenea germinal masculina
muy metilada
nada metilada
Siacutendrome de Prader Willi(PWS)
Causa 1 delecioacuten en el alelo SNRPN de origen paterno (70 de los casos)
Expresioacuten NO NOde la regioacuten
Siacutendrome de Prader Willi(PWS)
causa 2 Disomiacutea Maternal (25 de los casos)
Expresioacuten NO NO
Disomiacutea uniparental en general puede surgir por1) error en meiosis dando gametas con cromosomas duplicados provenientes de un mismo progenitor y posterior peacuterdida en cigoto del cromosoma heredado por el otro progenitor 2) o por recombinacioacuten entre cromosomas homoacutelogos en mitosis en embrioacuten temprano
Siacutendrome de Prader Willi(PWS)
causa 3 Defecto en el IC 3rsquo (PWS-IC) que (si bien causa insensibilidad a marcas epigeneacuteticas inactivadoras)tampoco permite que actuacuteen las marcas activadoras(5 de los casos)
Expresioacuten NO NO
Paacutegina de PWS associationhttpwwwpwsausaorgindexhtml
Siacutentomas
bull Neonatal hypotonia bull Feeding problems in infancy bull Excessive weight gain bull Facial features bull Hypogonadism bull Developmental delay bull Hyperphagia bull Hypopigmentation bull Small hands andor feet bull Eye abnormalities bull Thick viscous saliva bull Articulation defects
problemas de comportamiento
bull Sleep disturbance
Siacutendrome de Angelman (AS)Causa similar pero la delecioacuten es en la regioacuten
que se expresa a partir del alelo de origen maternogen UBE3A
bull Angelman Syndrome Foundation
bull httpwwwangelmanorgangel
Siacutendrome de Angelman (AS)
Siacutentomas
bull developmental delaybull mental retardationbull gross and fine motor difficultiesbull suckswallowing disorder bull wide-spaced teethbull hypopigmentation
Problemas de comportamientobull speech disorder (in most cases lack of speech)bull hypermotoric behaviorbull easily excitable personality bull frequently happy demeanor
Modelo molecular sencillo para explicar expresioacuten mono-aleacutelica (paterna) de los genes de la regioacuten (excepto de UBE3A que tiene patroacuten de
expresioacuten opuesto en cis)
factores especiacutef de liacutenea germ fem metilacioacuten rarr inactivo
no hay factores sin metilar rarr activo
_____ _____
alelos que no se expresan alelos que se expresan
IC = Imprinting Center
IC = Imprinting Center regioacuten regulatoria bipartita parte 5rsquo (AS-IC) promueve la accioacuten de metilasas parte 3rsquo (PWS-IC) isla CG receptora de esas metilasas
p
iquestPor queacute la expresioacuten excluyente en cis entre SNRPN y UBE3A
No hay un modelo molecular convincente pero probablemente se deba a un aislante transcripcional influido por una DMR
(regioacuten diferencialmente metilada) que actuacutea a distanciade modo similar a lo indicado en el ejemplo 2 (BWS)
-
regioacuten en cromosoma 11p15genes IGF2 yH19 regulados por elmismo enhancer atiacutepico ubicado 3rsquo
Ejemplo 2BeckwithndashWiedemann syndrome (BWS) - macroglosia- hepatomegalia- tumor de Wilms
se transmite por viacutea materna
enhancerNormalmente el alelo materno no estaacute metilado rarr CTCF se pega rarr IGF2 no se expresa
En BWS el alelo materno tiene una delecioacuten en DMR rarr CTCF no se pega rarrIGF2 se expresa lo cual explica el tumor de Wilms (sobre-expresioacuten de IGF2 a partir de ambos alelos)
CTCF
CTCF
Normalmente el alelo paterno estaacute metilado rarr CTCF no se pega rarr IGF2 se expresa
CTCF es un aislante transcripcional que se ubica en la DMR (regioacuten diferencialmente metilada)cuando no estaacute metilada e impide la accioacuten a distancia del enhancer sobre IGF2 (CTCF no tiene efecto sobre H19)
Si hay delecioacuten similar en alelo paterno Si hay delecioacuten similar en alelo paterno no causa cambios en la expresioacuten de IGF2 no causa cambios en la expresioacuten de IGF2 porque desaparece la plataforma para el porque desaparece la plataforma para el pegado de CTCF que igual normalmentepegado de CTCF que igual normalmente es inefectiva debido a metilaciones inefectiva debido a metilacion
Ejemplo 3INACTIVACION DEL CROMOSOMA X
en ceacutelulas XX de mamiacuteferos
antecedentes
descubrioacute en 1966 quecorpuacutesculo de (Murray) Barr (1949) es debido a un X como
heterocromatina en ceacutelulas somaacuteticas XX en interfase
sexado en las Olimpiacuteadas (para detectar transexuales XY) the presence of Barr bodies indicates femaleness whereas their absence indicates maleness This test was previously used in the International Olympic Committee Medical Commission in 1968 This test later was replaced by PCR (Y chromosome)
bull cuerpo XY (par XY como heterocromatina [hay recombinacioacuten homoacuteloga entre ellos en cortas regiones]) en ceacutelulas germinales masculinas durante el inicio de la meiosis luego se separan en la primera divisioacuten pero el X sigue heterocromatinizado en las gametas
Mary F Lyon UK (1925-)
Ejemplo 3INACTIVACION DEL CROMOSOMA X
en ceacutelulas XX de mamiacuteferos
bull Placentarios (euterianos)
debida a imprinting hasta el momento de la implantacioacuten (estadiacuteo blastocisto) Despueacutes el imprinting es borrado (excepto en trofoblasto rarr placenta) y la inactivacioacuten es al azar por un mecanismo de conteo o dosajerarr tejidos mosaico
bull No placentarios (metaterianos) p ej canguros hay imprinting de todo el X paterno a lo largo de toda la
embriogeacutenesis que continua en la vida adulta
Genes Xist y Tsix Jeannie Lee et al Harvard Medical School
Nature Genetics 21 400 - 404 (1999)
los genes responsables estaacuten localizados en el XIC (X-inactivation Center)
locus definido por geneacutetica claacutesica
RNA el verdadero inactivador en cis
RNA anti-sense el verdadero activador en cis
hibridizacioacuten in situ de RNA(RNA-FISH)
El RNA Xist recubre a todo el X del cual provino y lo inactiva
El RNA Tsix impide que se sintetice RNA Xist
iquestQueacute marcas epigeneacuteticas adquieren los X como consecuencia del RNA Xist
Chang et al Frontiers in Bioscience 11 852-866 2006
RNA
los claacutesicos
OK la inactivacioacuten de uno de los dos X es debida a genes del XIChellip
pero iquestcuaacutel X es el que se inactivaiquestEs al azar o es parent of origin Experimento mirar expresioacuten de genes Xist y Tsix por RT-PCR sobre RNA de blastocistos pre-impl de dos cepas de ratoacuten distintas (para
aprovechar polimorfismos de longitud en RNA Xist)
en hembras el RNA Xist es igual que el del padre machos no tienen RNA Xist
el RNA Tsix es el de la madre
Conclusioacuten en blastocistos XX pre-implantados el X inactivo es el de origen paterno
Madre Padre M P
F1
iquestQueacute le pasa a la progenie de una madre sin Tsix(KO para Tsix en regioacuten que no afecta al DNA Xist)
Jeannie Lee Harvard
aparece el RNA Xist de la madre
M P M PM P M P
F1F1
Mirando los blastocistos pre-implantacioacuten wt y KOdeteccioacuten de RNA Xist mediante RNA-FISH
estos embriones mutantes knock out tienen problemas de superviviencia se les inactiva el XM quetendriacutea que estar activo
En cambio los mutantes XM XPΔ no tienen problemas porque de todos modos XP estariacutea inactivo
Jeannie Lee HarvardCell 103 17ndash27 (2000)
iquestconsecuencias de este KO en la vida de los ratones
en los pocos embriones XXque sobreviven despueacutes de la implantacioacuten y borroacuten y cuenta nueva se inactiva 1 solo X pero noal azarpreferentemente es en el Xmutado(y en machos sobrevivientesel uacutenico X no se inactiva)
en estas ratonas despueacutes de la implantacioacuten la inactivacioacuten del X no es al azar preferentemente es el X mutado
Modelo sencillo de inactivacioacuten del cromosoma X
metilacioacuten
borroacuten y cuenta nueva
IC = Imprinting Center
Modelo consistente con el cuerpo XY en ceacutelulas germinales masculinas
femenino
muestra que el imprinting de todo el X (antes de la implantacioacuten) se deberia al imprinting de Tsix (en su IC)
modelo integrador que muestra asociacioacuten entre RNAs XistTsix y marcas epigeneacuteticas conocidas
Navarro et alGENES amp DEVELOPMENT (2005) 191474-1484
Tsix induces efficient H3-K4 methylation over the entire XistTsix unit
RNA Tsix
RNA Xist
RNA Xist
RNA Xist
borroacuten y cuenta nueva
Ojometilacioacuten en K4H3 es marca activadora
al azar
origen Paterno
Comprobacioacuten experimental (in vivo) del ldquomodelo del besordquo (Jeannie Lee Science 2006)
ocurrioacutebeso
Xic green Tsix red DAPI bluepara ver resto del nucleo
XX ES cells in vivo
RNA FISH para Xist (rojo) se veEn 1 X solamente
luego de extraer losembriones a distintostiempos (de distintas ratonas prentildeadas) DNA FISH in vitro para ambos X(verde y rojo)
MEFs
Xic DNA green Xist RNA red
Enriquecimiento deK27H3 en cromosoma con Xist RNA
se separan
Modelos de inactivacioacuten al azar del cromosoma X en mamiacuteferos
Enjambre de factores bloqueadores de la inactivacioacuten que quedan finalmente agregados y unidos a 1 solo X
Variable dependiente (output)distribucioacuten de moleacuteculas en cada X
When E = 0 a random walk diffusion is found
The evolution is drastically different for E = 24kT wheredroplets (swarm) of particles are formed ending up in a single cluster overing just one of the two equivalent chromosomes and thus breaking their binding symmetry
Symmetry-Breaking Model for X-Chromosome Inactivation modelo b) del ldquoenjambrerdquo de la diapo anterior mediante simulacioacuten computacional
Mario Nicodemi amp Antonella PriscoPHYSICAL REVIEW LETTERS (2007)
El modelo encaja mejor cuanto menor sea la distancia entre los dos Xs consistente con el modelo intuitivo del beso
Tambieacuten consistente con situacioacuten artificial de 3 X y queda 1 solo activoLa moleacutecula pegajosa de este modelo bien podria ser un activador de Tsix Channnn
Variables independientes a setearbull constante cineacutetica de difusion k de Arrheniusbull E = energiacutea entre moleacuteculas de factor de activacioacuten (valor alto = molec ldquopegajosardquo)bull distancia entre los dos Xbull tiempo
un X el otro X
Y en insectos
es al reveacutes que en mamiferosWeake amp Workman Nature Structural amp Molecular Biology 16 801 - 803 (2009)
hay un complejo proteico acetilador de histonas (HAT) en ceacutelulas de machos que garantiza la doble expresioacuten de genes en el uacutenico cromosoma X para igualar el nivel de expresioacuten en hembras que tienen dos X
Para tener en cuentahellip
bull los genes sujetos a imprinting evaden las oleadas de metilacioacuten y desmetilacioacuten que ocurren en la reprogramacioacuten epigeneacutetica en el desarrollo embrionario en mamiacuteferos
bull El imprinting puede perderse en animales clonados por transferencia nuclear porque se forma un cigoto ldquoparcialmente asexualrdquo que no se originoacute a partir de ambas liacuteneas germinales donde normalmente se establecen las marcas de imprinting
bull Se ha revelado el ldquoimprintomardquo de cerebro de ratoacuten adulto (Gregg et al agosto 2010) cruzas de ratones endocriados de dos diferentes cepas (para aprovechar polimorfismos y asiacute despueacutes rastrear el origen parental) En las criacuteas F1 (heterocigotas) se hizo RNA-seq masiva (pirosecuenciacioacuten de los cDNAs) Se observoacute sesgo en la expresioacuten materna o paterna de 1300 loci
iquestY la ventajas adaptativas del impritingMorison et al Trends Genet 21 457-65 (2005)
Difiacuteciles de explicar pues el imprinting hace perder la obvia ventaja de la diploidiacutea
1) Hay una teoriacutea (Ishino Develop Growth Diff 2010) que sostiene que el imprinting surgioacute en la evolucioacuten como defensa contra retrotransposicioacuten en una de las dos liacuteneas germinales (en ambas hubiera sido letal) Los autores la fundamentan invocando a los
genes parental expressed genes (peg) sujetos a imprinting (tienen DMRs) y asociados a la formacioacuten de la placenta con similitud de secuencia a retrotranposones
2) Hipoacutetesis evolutiva del ldquoConflicto Geneacuteticordquo(ldquocierrardquo para IGF2 pero no para IGF2-r)
En especies que muestran paternidad muacutetiple en 1 evento reproductivo (ldquopoliandriardquo)hellip
bull el padre privilegia su propia paternidad a traveacutes del tamantildeo de su descendencia incluso a expensas de los medio-hermanos Y lo hace transmitiendo epialelos activos de genes que promueven el crecimiento fetal p ej IGF2
bull un intereacutes de la madre es distribuir equitativamente sus recursos en toda su progenie aunque nazcan pequentildeos Y lo hace transmitiendo epialelos inactivos de genes que promueven el crecimiento fetal p ej IGF2
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Ademaacutes en el caso de IGF2 la ausencia de imprinting causariacutea su sobre-expresioacuten y mayor
propensioacuten al tumor de Wilms
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Ejemplo 1 cromosoma 15q11-q13 (brazo largo)
IC SNRPN _______otros genes _________UBE3Alarr-----------------------------------36 Kb--------------------------------------rarr
expr paterna expr materna
son genes que se expresan en sistema nervioso central
IC ldquoimprinting centerrdquo region que controla el imprinting de toda la regioacuten
SNRPN y UBE3A son de expresioacuten excluyente en cis es decir
si se expresa SNRPN no se expresa UB3A en el mismo alelo y viceversa
iquestEn queacute ceacutelulas se establece (se ldquoreseteardquo) el imprinting del gen SNRPN
metodologiacutea medicioacuten de status de metilacioacuten en islas CpG (entre ellas las del IC=Imprinting Center) mediante la teacutecnica del bisulfito
Geuns et al Hum Mol Genet 12 2873-9 (2003)
embrioacuten temprano liacutenea germinal femenina
liacutenea germinal masculina
muy metilada
nada metilada
Siacutendrome de Prader Willi(PWS)
Causa 1 delecioacuten en el alelo SNRPN de origen paterno (70 de los casos)
Expresioacuten NO NOde la regioacuten
Siacutendrome de Prader Willi(PWS)
causa 2 Disomiacutea Maternal (25 de los casos)
Expresioacuten NO NO
Disomiacutea uniparental en general puede surgir por1) error en meiosis dando gametas con cromosomas duplicados provenientes de un mismo progenitor y posterior peacuterdida en cigoto del cromosoma heredado por el otro progenitor 2) o por recombinacioacuten entre cromosomas homoacutelogos en mitosis en embrioacuten temprano
Siacutendrome de Prader Willi(PWS)
causa 3 Defecto en el IC 3rsquo (PWS-IC) que (si bien causa insensibilidad a marcas epigeneacuteticas inactivadoras)tampoco permite que actuacuteen las marcas activadoras(5 de los casos)
Expresioacuten NO NO
Paacutegina de PWS associationhttpwwwpwsausaorgindexhtml
Siacutentomas
bull Neonatal hypotonia bull Feeding problems in infancy bull Excessive weight gain bull Facial features bull Hypogonadism bull Developmental delay bull Hyperphagia bull Hypopigmentation bull Small hands andor feet bull Eye abnormalities bull Thick viscous saliva bull Articulation defects
problemas de comportamiento
bull Sleep disturbance
Siacutendrome de Angelman (AS)Causa similar pero la delecioacuten es en la regioacuten
que se expresa a partir del alelo de origen maternogen UBE3A
bull Angelman Syndrome Foundation
bull httpwwwangelmanorgangel
Siacutendrome de Angelman (AS)
Siacutentomas
bull developmental delaybull mental retardationbull gross and fine motor difficultiesbull suckswallowing disorder bull wide-spaced teethbull hypopigmentation
Problemas de comportamientobull speech disorder (in most cases lack of speech)bull hypermotoric behaviorbull easily excitable personality bull frequently happy demeanor
Modelo molecular sencillo para explicar expresioacuten mono-aleacutelica (paterna) de los genes de la regioacuten (excepto de UBE3A que tiene patroacuten de
expresioacuten opuesto en cis)
factores especiacutef de liacutenea germ fem metilacioacuten rarr inactivo
no hay factores sin metilar rarr activo
_____ _____
alelos que no se expresan alelos que se expresan
IC = Imprinting Center
IC = Imprinting Center regioacuten regulatoria bipartita parte 5rsquo (AS-IC) promueve la accioacuten de metilasas parte 3rsquo (PWS-IC) isla CG receptora de esas metilasas
p
iquestPor queacute la expresioacuten excluyente en cis entre SNRPN y UBE3A
No hay un modelo molecular convincente pero probablemente se deba a un aislante transcripcional influido por una DMR
(regioacuten diferencialmente metilada) que actuacutea a distanciade modo similar a lo indicado en el ejemplo 2 (BWS)
-
regioacuten en cromosoma 11p15genes IGF2 yH19 regulados por elmismo enhancer atiacutepico ubicado 3rsquo
Ejemplo 2BeckwithndashWiedemann syndrome (BWS) - macroglosia- hepatomegalia- tumor de Wilms
se transmite por viacutea materna
enhancerNormalmente el alelo materno no estaacute metilado rarr CTCF se pega rarr IGF2 no se expresa
En BWS el alelo materno tiene una delecioacuten en DMR rarr CTCF no se pega rarrIGF2 se expresa lo cual explica el tumor de Wilms (sobre-expresioacuten de IGF2 a partir de ambos alelos)
CTCF
CTCF
Normalmente el alelo paterno estaacute metilado rarr CTCF no se pega rarr IGF2 se expresa
CTCF es un aislante transcripcional que se ubica en la DMR (regioacuten diferencialmente metilada)cuando no estaacute metilada e impide la accioacuten a distancia del enhancer sobre IGF2 (CTCF no tiene efecto sobre H19)
Si hay delecioacuten similar en alelo paterno Si hay delecioacuten similar en alelo paterno no causa cambios en la expresioacuten de IGF2 no causa cambios en la expresioacuten de IGF2 porque desaparece la plataforma para el porque desaparece la plataforma para el pegado de CTCF que igual normalmentepegado de CTCF que igual normalmente es inefectiva debido a metilaciones inefectiva debido a metilacion
Ejemplo 3INACTIVACION DEL CROMOSOMA X
en ceacutelulas XX de mamiacuteferos
antecedentes
descubrioacute en 1966 quecorpuacutesculo de (Murray) Barr (1949) es debido a un X como
heterocromatina en ceacutelulas somaacuteticas XX en interfase
sexado en las Olimpiacuteadas (para detectar transexuales XY) the presence of Barr bodies indicates femaleness whereas their absence indicates maleness This test was previously used in the International Olympic Committee Medical Commission in 1968 This test later was replaced by PCR (Y chromosome)
bull cuerpo XY (par XY como heterocromatina [hay recombinacioacuten homoacuteloga entre ellos en cortas regiones]) en ceacutelulas germinales masculinas durante el inicio de la meiosis luego se separan en la primera divisioacuten pero el X sigue heterocromatinizado en las gametas
Mary F Lyon UK (1925-)
Ejemplo 3INACTIVACION DEL CROMOSOMA X
en ceacutelulas XX de mamiacuteferos
bull Placentarios (euterianos)
debida a imprinting hasta el momento de la implantacioacuten (estadiacuteo blastocisto) Despueacutes el imprinting es borrado (excepto en trofoblasto rarr placenta) y la inactivacioacuten es al azar por un mecanismo de conteo o dosajerarr tejidos mosaico
bull No placentarios (metaterianos) p ej canguros hay imprinting de todo el X paterno a lo largo de toda la
embriogeacutenesis que continua en la vida adulta
Genes Xist y Tsix Jeannie Lee et al Harvard Medical School
Nature Genetics 21 400 - 404 (1999)
los genes responsables estaacuten localizados en el XIC (X-inactivation Center)
locus definido por geneacutetica claacutesica
RNA el verdadero inactivador en cis
RNA anti-sense el verdadero activador en cis
hibridizacioacuten in situ de RNA(RNA-FISH)
El RNA Xist recubre a todo el X del cual provino y lo inactiva
El RNA Tsix impide que se sintetice RNA Xist
iquestQueacute marcas epigeneacuteticas adquieren los X como consecuencia del RNA Xist
Chang et al Frontiers in Bioscience 11 852-866 2006
RNA
los claacutesicos
OK la inactivacioacuten de uno de los dos X es debida a genes del XIChellip
pero iquestcuaacutel X es el que se inactivaiquestEs al azar o es parent of origin Experimento mirar expresioacuten de genes Xist y Tsix por RT-PCR sobre RNA de blastocistos pre-impl de dos cepas de ratoacuten distintas (para
aprovechar polimorfismos de longitud en RNA Xist)
en hembras el RNA Xist es igual que el del padre machos no tienen RNA Xist
el RNA Tsix es el de la madre
Conclusioacuten en blastocistos XX pre-implantados el X inactivo es el de origen paterno
Madre Padre M P
F1
iquestQueacute le pasa a la progenie de una madre sin Tsix(KO para Tsix en regioacuten que no afecta al DNA Xist)
Jeannie Lee Harvard
aparece el RNA Xist de la madre
M P M PM P M P
F1F1
Mirando los blastocistos pre-implantacioacuten wt y KOdeteccioacuten de RNA Xist mediante RNA-FISH
estos embriones mutantes knock out tienen problemas de superviviencia se les inactiva el XM quetendriacutea que estar activo
En cambio los mutantes XM XPΔ no tienen problemas porque de todos modos XP estariacutea inactivo
Jeannie Lee HarvardCell 103 17ndash27 (2000)
iquestconsecuencias de este KO en la vida de los ratones
en los pocos embriones XXque sobreviven despueacutes de la implantacioacuten y borroacuten y cuenta nueva se inactiva 1 solo X pero noal azarpreferentemente es en el Xmutado(y en machos sobrevivientesel uacutenico X no se inactiva)
en estas ratonas despueacutes de la implantacioacuten la inactivacioacuten del X no es al azar preferentemente es el X mutado
Modelo sencillo de inactivacioacuten del cromosoma X
metilacioacuten
borroacuten y cuenta nueva
IC = Imprinting Center
Modelo consistente con el cuerpo XY en ceacutelulas germinales masculinas
femenino
muestra que el imprinting de todo el X (antes de la implantacioacuten) se deberia al imprinting de Tsix (en su IC)
modelo integrador que muestra asociacioacuten entre RNAs XistTsix y marcas epigeneacuteticas conocidas
Navarro et alGENES amp DEVELOPMENT (2005) 191474-1484
Tsix induces efficient H3-K4 methylation over the entire XistTsix unit
RNA Tsix
RNA Xist
RNA Xist
RNA Xist
borroacuten y cuenta nueva
Ojometilacioacuten en K4H3 es marca activadora
al azar
origen Paterno
Comprobacioacuten experimental (in vivo) del ldquomodelo del besordquo (Jeannie Lee Science 2006)
ocurrioacutebeso
Xic green Tsix red DAPI bluepara ver resto del nucleo
XX ES cells in vivo
RNA FISH para Xist (rojo) se veEn 1 X solamente
luego de extraer losembriones a distintostiempos (de distintas ratonas prentildeadas) DNA FISH in vitro para ambos X(verde y rojo)
MEFs
Xic DNA green Xist RNA red
Enriquecimiento deK27H3 en cromosoma con Xist RNA
se separan
Modelos de inactivacioacuten al azar del cromosoma X en mamiacuteferos
Enjambre de factores bloqueadores de la inactivacioacuten que quedan finalmente agregados y unidos a 1 solo X
Variable dependiente (output)distribucioacuten de moleacuteculas en cada X
When E = 0 a random walk diffusion is found
The evolution is drastically different for E = 24kT wheredroplets (swarm) of particles are formed ending up in a single cluster overing just one of the two equivalent chromosomes and thus breaking their binding symmetry
Symmetry-Breaking Model for X-Chromosome Inactivation modelo b) del ldquoenjambrerdquo de la diapo anterior mediante simulacioacuten computacional
Mario Nicodemi amp Antonella PriscoPHYSICAL REVIEW LETTERS (2007)
El modelo encaja mejor cuanto menor sea la distancia entre los dos Xs consistente con el modelo intuitivo del beso
Tambieacuten consistente con situacioacuten artificial de 3 X y queda 1 solo activoLa moleacutecula pegajosa de este modelo bien podria ser un activador de Tsix Channnn
Variables independientes a setearbull constante cineacutetica de difusion k de Arrheniusbull E = energiacutea entre moleacuteculas de factor de activacioacuten (valor alto = molec ldquopegajosardquo)bull distancia entre los dos Xbull tiempo
un X el otro X
Y en insectos
es al reveacutes que en mamiferosWeake amp Workman Nature Structural amp Molecular Biology 16 801 - 803 (2009)
hay un complejo proteico acetilador de histonas (HAT) en ceacutelulas de machos que garantiza la doble expresioacuten de genes en el uacutenico cromosoma X para igualar el nivel de expresioacuten en hembras que tienen dos X
Para tener en cuentahellip
bull los genes sujetos a imprinting evaden las oleadas de metilacioacuten y desmetilacioacuten que ocurren en la reprogramacioacuten epigeneacutetica en el desarrollo embrionario en mamiacuteferos
bull El imprinting puede perderse en animales clonados por transferencia nuclear porque se forma un cigoto ldquoparcialmente asexualrdquo que no se originoacute a partir de ambas liacuteneas germinales donde normalmente se establecen las marcas de imprinting
bull Se ha revelado el ldquoimprintomardquo de cerebro de ratoacuten adulto (Gregg et al agosto 2010) cruzas de ratones endocriados de dos diferentes cepas (para aprovechar polimorfismos y asiacute despueacutes rastrear el origen parental) En las criacuteas F1 (heterocigotas) se hizo RNA-seq masiva (pirosecuenciacioacuten de los cDNAs) Se observoacute sesgo en la expresioacuten materna o paterna de 1300 loci
iquestY la ventajas adaptativas del impritingMorison et al Trends Genet 21 457-65 (2005)
Difiacuteciles de explicar pues el imprinting hace perder la obvia ventaja de la diploidiacutea
1) Hay una teoriacutea (Ishino Develop Growth Diff 2010) que sostiene que el imprinting surgioacute en la evolucioacuten como defensa contra retrotransposicioacuten en una de las dos liacuteneas germinales (en ambas hubiera sido letal) Los autores la fundamentan invocando a los
genes parental expressed genes (peg) sujetos a imprinting (tienen DMRs) y asociados a la formacioacuten de la placenta con similitud de secuencia a retrotranposones
2) Hipoacutetesis evolutiva del ldquoConflicto Geneacuteticordquo(ldquocierrardquo para IGF2 pero no para IGF2-r)
En especies que muestran paternidad muacutetiple en 1 evento reproductivo (ldquopoliandriardquo)hellip
bull el padre privilegia su propia paternidad a traveacutes del tamantildeo de su descendencia incluso a expensas de los medio-hermanos Y lo hace transmitiendo epialelos activos de genes que promueven el crecimiento fetal p ej IGF2
bull un intereacutes de la madre es distribuir equitativamente sus recursos en toda su progenie aunque nazcan pequentildeos Y lo hace transmitiendo epialelos inactivos de genes que promueven el crecimiento fetal p ej IGF2
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propensioacuten al tumor de Wilms
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iquestEn queacute ceacutelulas se establece (se ldquoreseteardquo) el imprinting del gen SNRPN
metodologiacutea medicioacuten de status de metilacioacuten en islas CpG (entre ellas las del IC=Imprinting Center) mediante la teacutecnica del bisulfito
Geuns et al Hum Mol Genet 12 2873-9 (2003)
embrioacuten temprano liacutenea germinal femenina
liacutenea germinal masculina
muy metilada
nada metilada
Siacutendrome de Prader Willi(PWS)
Causa 1 delecioacuten en el alelo SNRPN de origen paterno (70 de los casos)
Expresioacuten NO NOde la regioacuten
Siacutendrome de Prader Willi(PWS)
causa 2 Disomiacutea Maternal (25 de los casos)
Expresioacuten NO NO
Disomiacutea uniparental en general puede surgir por1) error en meiosis dando gametas con cromosomas duplicados provenientes de un mismo progenitor y posterior peacuterdida en cigoto del cromosoma heredado por el otro progenitor 2) o por recombinacioacuten entre cromosomas homoacutelogos en mitosis en embrioacuten temprano
Siacutendrome de Prader Willi(PWS)
causa 3 Defecto en el IC 3rsquo (PWS-IC) que (si bien causa insensibilidad a marcas epigeneacuteticas inactivadoras)tampoco permite que actuacuteen las marcas activadoras(5 de los casos)
Expresioacuten NO NO
Paacutegina de PWS associationhttpwwwpwsausaorgindexhtml
Siacutentomas
bull Neonatal hypotonia bull Feeding problems in infancy bull Excessive weight gain bull Facial features bull Hypogonadism bull Developmental delay bull Hyperphagia bull Hypopigmentation bull Small hands andor feet bull Eye abnormalities bull Thick viscous saliva bull Articulation defects
problemas de comportamiento
bull Sleep disturbance
Siacutendrome de Angelman (AS)Causa similar pero la delecioacuten es en la regioacuten
que se expresa a partir del alelo de origen maternogen UBE3A
bull Angelman Syndrome Foundation
bull httpwwwangelmanorgangel
Siacutendrome de Angelman (AS)
Siacutentomas
bull developmental delaybull mental retardationbull gross and fine motor difficultiesbull suckswallowing disorder bull wide-spaced teethbull hypopigmentation
Problemas de comportamientobull speech disorder (in most cases lack of speech)bull hypermotoric behaviorbull easily excitable personality bull frequently happy demeanor
Modelo molecular sencillo para explicar expresioacuten mono-aleacutelica (paterna) de los genes de la regioacuten (excepto de UBE3A que tiene patroacuten de
expresioacuten opuesto en cis)
factores especiacutef de liacutenea germ fem metilacioacuten rarr inactivo
no hay factores sin metilar rarr activo
_____ _____
alelos que no se expresan alelos que se expresan
IC = Imprinting Center
IC = Imprinting Center regioacuten regulatoria bipartita parte 5rsquo (AS-IC) promueve la accioacuten de metilasas parte 3rsquo (PWS-IC) isla CG receptora de esas metilasas
p
iquestPor queacute la expresioacuten excluyente en cis entre SNRPN y UBE3A
No hay un modelo molecular convincente pero probablemente se deba a un aislante transcripcional influido por una DMR
(regioacuten diferencialmente metilada) que actuacutea a distanciade modo similar a lo indicado en el ejemplo 2 (BWS)
-
regioacuten en cromosoma 11p15genes IGF2 yH19 regulados por elmismo enhancer atiacutepico ubicado 3rsquo
Ejemplo 2BeckwithndashWiedemann syndrome (BWS) - macroglosia- hepatomegalia- tumor de Wilms
se transmite por viacutea materna
enhancerNormalmente el alelo materno no estaacute metilado rarr CTCF se pega rarr IGF2 no se expresa
En BWS el alelo materno tiene una delecioacuten en DMR rarr CTCF no se pega rarrIGF2 se expresa lo cual explica el tumor de Wilms (sobre-expresioacuten de IGF2 a partir de ambos alelos)
CTCF
CTCF
Normalmente el alelo paterno estaacute metilado rarr CTCF no se pega rarr IGF2 se expresa
CTCF es un aislante transcripcional que se ubica en la DMR (regioacuten diferencialmente metilada)cuando no estaacute metilada e impide la accioacuten a distancia del enhancer sobre IGF2 (CTCF no tiene efecto sobre H19)
Si hay delecioacuten similar en alelo paterno Si hay delecioacuten similar en alelo paterno no causa cambios en la expresioacuten de IGF2 no causa cambios en la expresioacuten de IGF2 porque desaparece la plataforma para el porque desaparece la plataforma para el pegado de CTCF que igual normalmentepegado de CTCF que igual normalmente es inefectiva debido a metilaciones inefectiva debido a metilacion
Ejemplo 3INACTIVACION DEL CROMOSOMA X
en ceacutelulas XX de mamiacuteferos
antecedentes
descubrioacute en 1966 quecorpuacutesculo de (Murray) Barr (1949) es debido a un X como
heterocromatina en ceacutelulas somaacuteticas XX en interfase
sexado en las Olimpiacuteadas (para detectar transexuales XY) the presence of Barr bodies indicates femaleness whereas their absence indicates maleness This test was previously used in the International Olympic Committee Medical Commission in 1968 This test later was replaced by PCR (Y chromosome)
bull cuerpo XY (par XY como heterocromatina [hay recombinacioacuten homoacuteloga entre ellos en cortas regiones]) en ceacutelulas germinales masculinas durante el inicio de la meiosis luego se separan en la primera divisioacuten pero el X sigue heterocromatinizado en las gametas
Mary F Lyon UK (1925-)
Ejemplo 3INACTIVACION DEL CROMOSOMA X
en ceacutelulas XX de mamiacuteferos
bull Placentarios (euterianos)
debida a imprinting hasta el momento de la implantacioacuten (estadiacuteo blastocisto) Despueacutes el imprinting es borrado (excepto en trofoblasto rarr placenta) y la inactivacioacuten es al azar por un mecanismo de conteo o dosajerarr tejidos mosaico
bull No placentarios (metaterianos) p ej canguros hay imprinting de todo el X paterno a lo largo de toda la
embriogeacutenesis que continua en la vida adulta
Genes Xist y Tsix Jeannie Lee et al Harvard Medical School
Nature Genetics 21 400 - 404 (1999)
los genes responsables estaacuten localizados en el XIC (X-inactivation Center)
locus definido por geneacutetica claacutesica
RNA el verdadero inactivador en cis
RNA anti-sense el verdadero activador en cis
hibridizacioacuten in situ de RNA(RNA-FISH)
El RNA Xist recubre a todo el X del cual provino y lo inactiva
El RNA Tsix impide que se sintetice RNA Xist
iquestQueacute marcas epigeneacuteticas adquieren los X como consecuencia del RNA Xist
Chang et al Frontiers in Bioscience 11 852-866 2006
RNA
los claacutesicos
OK la inactivacioacuten de uno de los dos X es debida a genes del XIChellip
pero iquestcuaacutel X es el que se inactivaiquestEs al azar o es parent of origin Experimento mirar expresioacuten de genes Xist y Tsix por RT-PCR sobre RNA de blastocistos pre-impl de dos cepas de ratoacuten distintas (para
aprovechar polimorfismos de longitud en RNA Xist)
en hembras el RNA Xist es igual que el del padre machos no tienen RNA Xist
el RNA Tsix es el de la madre
Conclusioacuten en blastocistos XX pre-implantados el X inactivo es el de origen paterno
Madre Padre M P
F1
iquestQueacute le pasa a la progenie de una madre sin Tsix(KO para Tsix en regioacuten que no afecta al DNA Xist)
Jeannie Lee Harvard
aparece el RNA Xist de la madre
M P M PM P M P
F1F1
Mirando los blastocistos pre-implantacioacuten wt y KOdeteccioacuten de RNA Xist mediante RNA-FISH
estos embriones mutantes knock out tienen problemas de superviviencia se les inactiva el XM quetendriacutea que estar activo
En cambio los mutantes XM XPΔ no tienen problemas porque de todos modos XP estariacutea inactivo
Jeannie Lee HarvardCell 103 17ndash27 (2000)
iquestconsecuencias de este KO en la vida de los ratones
en los pocos embriones XXque sobreviven despueacutes de la implantacioacuten y borroacuten y cuenta nueva se inactiva 1 solo X pero noal azarpreferentemente es en el Xmutado(y en machos sobrevivientesel uacutenico X no se inactiva)
en estas ratonas despueacutes de la implantacioacuten la inactivacioacuten del X no es al azar preferentemente es el X mutado
Modelo sencillo de inactivacioacuten del cromosoma X
metilacioacuten
borroacuten y cuenta nueva
IC = Imprinting Center
Modelo consistente con el cuerpo XY en ceacutelulas germinales masculinas
femenino
muestra que el imprinting de todo el X (antes de la implantacioacuten) se deberia al imprinting de Tsix (en su IC)
modelo integrador que muestra asociacioacuten entre RNAs XistTsix y marcas epigeneacuteticas conocidas
Navarro et alGENES amp DEVELOPMENT (2005) 191474-1484
Tsix induces efficient H3-K4 methylation over the entire XistTsix unit
RNA Tsix
RNA Xist
RNA Xist
RNA Xist
borroacuten y cuenta nueva
Ojometilacioacuten en K4H3 es marca activadora
al azar
origen Paterno
Comprobacioacuten experimental (in vivo) del ldquomodelo del besordquo (Jeannie Lee Science 2006)
ocurrioacutebeso
Xic green Tsix red DAPI bluepara ver resto del nucleo
XX ES cells in vivo
RNA FISH para Xist (rojo) se veEn 1 X solamente
luego de extraer losembriones a distintostiempos (de distintas ratonas prentildeadas) DNA FISH in vitro para ambos X(verde y rojo)
MEFs
Xic DNA green Xist RNA red
Enriquecimiento deK27H3 en cromosoma con Xist RNA
se separan
Modelos de inactivacioacuten al azar del cromosoma X en mamiacuteferos
Enjambre de factores bloqueadores de la inactivacioacuten que quedan finalmente agregados y unidos a 1 solo X
Variable dependiente (output)distribucioacuten de moleacuteculas en cada X
When E = 0 a random walk diffusion is found
The evolution is drastically different for E = 24kT wheredroplets (swarm) of particles are formed ending up in a single cluster overing just one of the two equivalent chromosomes and thus breaking their binding symmetry
Symmetry-Breaking Model for X-Chromosome Inactivation modelo b) del ldquoenjambrerdquo de la diapo anterior mediante simulacioacuten computacional
Mario Nicodemi amp Antonella PriscoPHYSICAL REVIEW LETTERS (2007)
El modelo encaja mejor cuanto menor sea la distancia entre los dos Xs consistente con el modelo intuitivo del beso
Tambieacuten consistente con situacioacuten artificial de 3 X y queda 1 solo activoLa moleacutecula pegajosa de este modelo bien podria ser un activador de Tsix Channnn
Variables independientes a setearbull constante cineacutetica de difusion k de Arrheniusbull E = energiacutea entre moleacuteculas de factor de activacioacuten (valor alto = molec ldquopegajosardquo)bull distancia entre los dos Xbull tiempo
un X el otro X
Y en insectos
es al reveacutes que en mamiferosWeake amp Workman Nature Structural amp Molecular Biology 16 801 - 803 (2009)
hay un complejo proteico acetilador de histonas (HAT) en ceacutelulas de machos que garantiza la doble expresioacuten de genes en el uacutenico cromosoma X para igualar el nivel de expresioacuten en hembras que tienen dos X
Para tener en cuentahellip
bull los genes sujetos a imprinting evaden las oleadas de metilacioacuten y desmetilacioacuten que ocurren en la reprogramacioacuten epigeneacutetica en el desarrollo embrionario en mamiacuteferos
bull El imprinting puede perderse en animales clonados por transferencia nuclear porque se forma un cigoto ldquoparcialmente asexualrdquo que no se originoacute a partir de ambas liacuteneas germinales donde normalmente se establecen las marcas de imprinting
bull Se ha revelado el ldquoimprintomardquo de cerebro de ratoacuten adulto (Gregg et al agosto 2010) cruzas de ratones endocriados de dos diferentes cepas (para aprovechar polimorfismos y asiacute despueacutes rastrear el origen parental) En las criacuteas F1 (heterocigotas) se hizo RNA-seq masiva (pirosecuenciacioacuten de los cDNAs) Se observoacute sesgo en la expresioacuten materna o paterna de 1300 loci
iquestY la ventajas adaptativas del impritingMorison et al Trends Genet 21 457-65 (2005)
Difiacuteciles de explicar pues el imprinting hace perder la obvia ventaja de la diploidiacutea
1) Hay una teoriacutea (Ishino Develop Growth Diff 2010) que sostiene que el imprinting surgioacute en la evolucioacuten como defensa contra retrotransposicioacuten en una de las dos liacuteneas germinales (en ambas hubiera sido letal) Los autores la fundamentan invocando a los
genes parental expressed genes (peg) sujetos a imprinting (tienen DMRs) y asociados a la formacioacuten de la placenta con similitud de secuencia a retrotranposones
2) Hipoacutetesis evolutiva del ldquoConflicto Geneacuteticordquo(ldquocierrardquo para IGF2 pero no para IGF2-r)
En especies que muestran paternidad muacutetiple en 1 evento reproductivo (ldquopoliandriardquo)hellip
bull el padre privilegia su propia paternidad a traveacutes del tamantildeo de su descendencia incluso a expensas de los medio-hermanos Y lo hace transmitiendo epialelos activos de genes que promueven el crecimiento fetal p ej IGF2
bull un intereacutes de la madre es distribuir equitativamente sus recursos en toda su progenie aunque nazcan pequentildeos Y lo hace transmitiendo epialelos inactivos de genes que promueven el crecimiento fetal p ej IGF2
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Ademaacutes en el caso de IGF2 la ausencia de imprinting causariacutea su sobre-expresioacuten y mayor
propensioacuten al tumor de Wilms
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-
Siacutendrome de Prader Willi(PWS)
Causa 1 delecioacuten en el alelo SNRPN de origen paterno (70 de los casos)
Expresioacuten NO NOde la regioacuten
Siacutendrome de Prader Willi(PWS)
causa 2 Disomiacutea Maternal (25 de los casos)
Expresioacuten NO NO
Disomiacutea uniparental en general puede surgir por1) error en meiosis dando gametas con cromosomas duplicados provenientes de un mismo progenitor y posterior peacuterdida en cigoto del cromosoma heredado por el otro progenitor 2) o por recombinacioacuten entre cromosomas homoacutelogos en mitosis en embrioacuten temprano
Siacutendrome de Prader Willi(PWS)
causa 3 Defecto en el IC 3rsquo (PWS-IC) que (si bien causa insensibilidad a marcas epigeneacuteticas inactivadoras)tampoco permite que actuacuteen las marcas activadoras(5 de los casos)
Expresioacuten NO NO
Paacutegina de PWS associationhttpwwwpwsausaorgindexhtml
Siacutentomas
bull Neonatal hypotonia bull Feeding problems in infancy bull Excessive weight gain bull Facial features bull Hypogonadism bull Developmental delay bull Hyperphagia bull Hypopigmentation bull Small hands andor feet bull Eye abnormalities bull Thick viscous saliva bull Articulation defects
problemas de comportamiento
bull Sleep disturbance
Siacutendrome de Angelman (AS)Causa similar pero la delecioacuten es en la regioacuten
que se expresa a partir del alelo de origen maternogen UBE3A
bull Angelman Syndrome Foundation
bull httpwwwangelmanorgangel
Siacutendrome de Angelman (AS)
Siacutentomas
bull developmental delaybull mental retardationbull gross and fine motor difficultiesbull suckswallowing disorder bull wide-spaced teethbull hypopigmentation
Problemas de comportamientobull speech disorder (in most cases lack of speech)bull hypermotoric behaviorbull easily excitable personality bull frequently happy demeanor
Modelo molecular sencillo para explicar expresioacuten mono-aleacutelica (paterna) de los genes de la regioacuten (excepto de UBE3A que tiene patroacuten de
expresioacuten opuesto en cis)
factores especiacutef de liacutenea germ fem metilacioacuten rarr inactivo
no hay factores sin metilar rarr activo
_____ _____
alelos que no se expresan alelos que se expresan
IC = Imprinting Center
IC = Imprinting Center regioacuten regulatoria bipartita parte 5rsquo (AS-IC) promueve la accioacuten de metilasas parte 3rsquo (PWS-IC) isla CG receptora de esas metilasas
p
iquestPor queacute la expresioacuten excluyente en cis entre SNRPN y UBE3A
No hay un modelo molecular convincente pero probablemente se deba a un aislante transcripcional influido por una DMR
(regioacuten diferencialmente metilada) que actuacutea a distanciade modo similar a lo indicado en el ejemplo 2 (BWS)
-
regioacuten en cromosoma 11p15genes IGF2 yH19 regulados por elmismo enhancer atiacutepico ubicado 3rsquo
Ejemplo 2BeckwithndashWiedemann syndrome (BWS) - macroglosia- hepatomegalia- tumor de Wilms
se transmite por viacutea materna
enhancerNormalmente el alelo materno no estaacute metilado rarr CTCF se pega rarr IGF2 no se expresa
En BWS el alelo materno tiene una delecioacuten en DMR rarr CTCF no se pega rarrIGF2 se expresa lo cual explica el tumor de Wilms (sobre-expresioacuten de IGF2 a partir de ambos alelos)
CTCF
CTCF
Normalmente el alelo paterno estaacute metilado rarr CTCF no se pega rarr IGF2 se expresa
CTCF es un aislante transcripcional que se ubica en la DMR (regioacuten diferencialmente metilada)cuando no estaacute metilada e impide la accioacuten a distancia del enhancer sobre IGF2 (CTCF no tiene efecto sobre H19)
Si hay delecioacuten similar en alelo paterno Si hay delecioacuten similar en alelo paterno no causa cambios en la expresioacuten de IGF2 no causa cambios en la expresioacuten de IGF2 porque desaparece la plataforma para el porque desaparece la plataforma para el pegado de CTCF que igual normalmentepegado de CTCF que igual normalmente es inefectiva debido a metilaciones inefectiva debido a metilacion
Ejemplo 3INACTIVACION DEL CROMOSOMA X
en ceacutelulas XX de mamiacuteferos
antecedentes
descubrioacute en 1966 quecorpuacutesculo de (Murray) Barr (1949) es debido a un X como
heterocromatina en ceacutelulas somaacuteticas XX en interfase
sexado en las Olimpiacuteadas (para detectar transexuales XY) the presence of Barr bodies indicates femaleness whereas their absence indicates maleness This test was previously used in the International Olympic Committee Medical Commission in 1968 This test later was replaced by PCR (Y chromosome)
bull cuerpo XY (par XY como heterocromatina [hay recombinacioacuten homoacuteloga entre ellos en cortas regiones]) en ceacutelulas germinales masculinas durante el inicio de la meiosis luego se separan en la primera divisioacuten pero el X sigue heterocromatinizado en las gametas
Mary F Lyon UK (1925-)
Ejemplo 3INACTIVACION DEL CROMOSOMA X
en ceacutelulas XX de mamiacuteferos
bull Placentarios (euterianos)
debida a imprinting hasta el momento de la implantacioacuten (estadiacuteo blastocisto) Despueacutes el imprinting es borrado (excepto en trofoblasto rarr placenta) y la inactivacioacuten es al azar por un mecanismo de conteo o dosajerarr tejidos mosaico
bull No placentarios (metaterianos) p ej canguros hay imprinting de todo el X paterno a lo largo de toda la
embriogeacutenesis que continua en la vida adulta
Genes Xist y Tsix Jeannie Lee et al Harvard Medical School
Nature Genetics 21 400 - 404 (1999)
los genes responsables estaacuten localizados en el XIC (X-inactivation Center)
locus definido por geneacutetica claacutesica
RNA el verdadero inactivador en cis
RNA anti-sense el verdadero activador en cis
hibridizacioacuten in situ de RNA(RNA-FISH)
El RNA Xist recubre a todo el X del cual provino y lo inactiva
El RNA Tsix impide que se sintetice RNA Xist
iquestQueacute marcas epigeneacuteticas adquieren los X como consecuencia del RNA Xist
Chang et al Frontiers in Bioscience 11 852-866 2006
RNA
los claacutesicos
OK la inactivacioacuten de uno de los dos X es debida a genes del XIChellip
pero iquestcuaacutel X es el que se inactivaiquestEs al azar o es parent of origin Experimento mirar expresioacuten de genes Xist y Tsix por RT-PCR sobre RNA de blastocistos pre-impl de dos cepas de ratoacuten distintas (para
aprovechar polimorfismos de longitud en RNA Xist)
en hembras el RNA Xist es igual que el del padre machos no tienen RNA Xist
el RNA Tsix es el de la madre
Conclusioacuten en blastocistos XX pre-implantados el X inactivo es el de origen paterno
Madre Padre M P
F1
iquestQueacute le pasa a la progenie de una madre sin Tsix(KO para Tsix en regioacuten que no afecta al DNA Xist)
Jeannie Lee Harvard
aparece el RNA Xist de la madre
M P M PM P M P
F1F1
Mirando los blastocistos pre-implantacioacuten wt y KOdeteccioacuten de RNA Xist mediante RNA-FISH
estos embriones mutantes knock out tienen problemas de superviviencia se les inactiva el XM quetendriacutea que estar activo
En cambio los mutantes XM XPΔ no tienen problemas porque de todos modos XP estariacutea inactivo
Jeannie Lee HarvardCell 103 17ndash27 (2000)
iquestconsecuencias de este KO en la vida de los ratones
en los pocos embriones XXque sobreviven despueacutes de la implantacioacuten y borroacuten y cuenta nueva se inactiva 1 solo X pero noal azarpreferentemente es en el Xmutado(y en machos sobrevivientesel uacutenico X no se inactiva)
en estas ratonas despueacutes de la implantacioacuten la inactivacioacuten del X no es al azar preferentemente es el X mutado
Modelo sencillo de inactivacioacuten del cromosoma X
metilacioacuten
borroacuten y cuenta nueva
IC = Imprinting Center
Modelo consistente con el cuerpo XY en ceacutelulas germinales masculinas
femenino
muestra que el imprinting de todo el X (antes de la implantacioacuten) se deberia al imprinting de Tsix (en su IC)
modelo integrador que muestra asociacioacuten entre RNAs XistTsix y marcas epigeneacuteticas conocidas
Navarro et alGENES amp DEVELOPMENT (2005) 191474-1484
Tsix induces efficient H3-K4 methylation over the entire XistTsix unit
RNA Tsix
RNA Xist
RNA Xist
RNA Xist
borroacuten y cuenta nueva
Ojometilacioacuten en K4H3 es marca activadora
al azar
origen Paterno
Comprobacioacuten experimental (in vivo) del ldquomodelo del besordquo (Jeannie Lee Science 2006)
ocurrioacutebeso
Xic green Tsix red DAPI bluepara ver resto del nucleo
XX ES cells in vivo
RNA FISH para Xist (rojo) se veEn 1 X solamente
luego de extraer losembriones a distintostiempos (de distintas ratonas prentildeadas) DNA FISH in vitro para ambos X(verde y rojo)
MEFs
Xic DNA green Xist RNA red
Enriquecimiento deK27H3 en cromosoma con Xist RNA
se separan
Modelos de inactivacioacuten al azar del cromosoma X en mamiacuteferos
Enjambre de factores bloqueadores de la inactivacioacuten que quedan finalmente agregados y unidos a 1 solo X
Variable dependiente (output)distribucioacuten de moleacuteculas en cada X
When E = 0 a random walk diffusion is found
The evolution is drastically different for E = 24kT wheredroplets (swarm) of particles are formed ending up in a single cluster overing just one of the two equivalent chromosomes and thus breaking their binding symmetry
Symmetry-Breaking Model for X-Chromosome Inactivation modelo b) del ldquoenjambrerdquo de la diapo anterior mediante simulacioacuten computacional
Mario Nicodemi amp Antonella PriscoPHYSICAL REVIEW LETTERS (2007)
El modelo encaja mejor cuanto menor sea la distancia entre los dos Xs consistente con el modelo intuitivo del beso
Tambieacuten consistente con situacioacuten artificial de 3 X y queda 1 solo activoLa moleacutecula pegajosa de este modelo bien podria ser un activador de Tsix Channnn
Variables independientes a setearbull constante cineacutetica de difusion k de Arrheniusbull E = energiacutea entre moleacuteculas de factor de activacioacuten (valor alto = molec ldquopegajosardquo)bull distancia entre los dos Xbull tiempo
un X el otro X
Y en insectos
es al reveacutes que en mamiferosWeake amp Workman Nature Structural amp Molecular Biology 16 801 - 803 (2009)
hay un complejo proteico acetilador de histonas (HAT) en ceacutelulas de machos que garantiza la doble expresioacuten de genes en el uacutenico cromosoma X para igualar el nivel de expresioacuten en hembras que tienen dos X
Para tener en cuentahellip
bull los genes sujetos a imprinting evaden las oleadas de metilacioacuten y desmetilacioacuten que ocurren en la reprogramacioacuten epigeneacutetica en el desarrollo embrionario en mamiacuteferos
bull El imprinting puede perderse en animales clonados por transferencia nuclear porque se forma un cigoto ldquoparcialmente asexualrdquo que no se originoacute a partir de ambas liacuteneas germinales donde normalmente se establecen las marcas de imprinting
bull Se ha revelado el ldquoimprintomardquo de cerebro de ratoacuten adulto (Gregg et al agosto 2010) cruzas de ratones endocriados de dos diferentes cepas (para aprovechar polimorfismos y asiacute despueacutes rastrear el origen parental) En las criacuteas F1 (heterocigotas) se hizo RNA-seq masiva (pirosecuenciacioacuten de los cDNAs) Se observoacute sesgo en la expresioacuten materna o paterna de 1300 loci
iquestY la ventajas adaptativas del impritingMorison et al Trends Genet 21 457-65 (2005)
Difiacuteciles de explicar pues el imprinting hace perder la obvia ventaja de la diploidiacutea
1) Hay una teoriacutea (Ishino Develop Growth Diff 2010) que sostiene que el imprinting surgioacute en la evolucioacuten como defensa contra retrotransposicioacuten en una de las dos liacuteneas germinales (en ambas hubiera sido letal) Los autores la fundamentan invocando a los
genes parental expressed genes (peg) sujetos a imprinting (tienen DMRs) y asociados a la formacioacuten de la placenta con similitud de secuencia a retrotranposones
2) Hipoacutetesis evolutiva del ldquoConflicto Geneacuteticordquo(ldquocierrardquo para IGF2 pero no para IGF2-r)
En especies que muestran paternidad muacutetiple en 1 evento reproductivo (ldquopoliandriardquo)hellip
bull el padre privilegia su propia paternidad a traveacutes del tamantildeo de su descendencia incluso a expensas de los medio-hermanos Y lo hace transmitiendo epialelos activos de genes que promueven el crecimiento fetal p ej IGF2
bull un intereacutes de la madre es distribuir equitativamente sus recursos en toda su progenie aunque nazcan pequentildeos Y lo hace transmitiendo epialelos inactivos de genes que promueven el crecimiento fetal p ej IGF2
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Ademaacutes en el caso de IGF2 la ausencia de imprinting causariacutea su sobre-expresioacuten y mayor
propensioacuten al tumor de Wilms
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Siacutendrome de Prader Willi(PWS)
causa 2 Disomiacutea Maternal (25 de los casos)
Expresioacuten NO NO
Disomiacutea uniparental en general puede surgir por1) error en meiosis dando gametas con cromosomas duplicados provenientes de un mismo progenitor y posterior peacuterdida en cigoto del cromosoma heredado por el otro progenitor 2) o por recombinacioacuten entre cromosomas homoacutelogos en mitosis en embrioacuten temprano
Siacutendrome de Prader Willi(PWS)
causa 3 Defecto en el IC 3rsquo (PWS-IC) que (si bien causa insensibilidad a marcas epigeneacuteticas inactivadoras)tampoco permite que actuacuteen las marcas activadoras(5 de los casos)
Expresioacuten NO NO
Paacutegina de PWS associationhttpwwwpwsausaorgindexhtml
Siacutentomas
bull Neonatal hypotonia bull Feeding problems in infancy bull Excessive weight gain bull Facial features bull Hypogonadism bull Developmental delay bull Hyperphagia bull Hypopigmentation bull Small hands andor feet bull Eye abnormalities bull Thick viscous saliva bull Articulation defects
problemas de comportamiento
bull Sleep disturbance
Siacutendrome de Angelman (AS)Causa similar pero la delecioacuten es en la regioacuten
que se expresa a partir del alelo de origen maternogen UBE3A
bull Angelman Syndrome Foundation
bull httpwwwangelmanorgangel
Siacutendrome de Angelman (AS)
Siacutentomas
bull developmental delaybull mental retardationbull gross and fine motor difficultiesbull suckswallowing disorder bull wide-spaced teethbull hypopigmentation
Problemas de comportamientobull speech disorder (in most cases lack of speech)bull hypermotoric behaviorbull easily excitable personality bull frequently happy demeanor
Modelo molecular sencillo para explicar expresioacuten mono-aleacutelica (paterna) de los genes de la regioacuten (excepto de UBE3A que tiene patroacuten de
expresioacuten opuesto en cis)
factores especiacutef de liacutenea germ fem metilacioacuten rarr inactivo
no hay factores sin metilar rarr activo
_____ _____
alelos que no se expresan alelos que se expresan
IC = Imprinting Center
IC = Imprinting Center regioacuten regulatoria bipartita parte 5rsquo (AS-IC) promueve la accioacuten de metilasas parte 3rsquo (PWS-IC) isla CG receptora de esas metilasas
p
iquestPor queacute la expresioacuten excluyente en cis entre SNRPN y UBE3A
No hay un modelo molecular convincente pero probablemente se deba a un aislante transcripcional influido por una DMR
(regioacuten diferencialmente metilada) que actuacutea a distanciade modo similar a lo indicado en el ejemplo 2 (BWS)
-
regioacuten en cromosoma 11p15genes IGF2 yH19 regulados por elmismo enhancer atiacutepico ubicado 3rsquo
Ejemplo 2BeckwithndashWiedemann syndrome (BWS) - macroglosia- hepatomegalia- tumor de Wilms
se transmite por viacutea materna
enhancerNormalmente el alelo materno no estaacute metilado rarr CTCF se pega rarr IGF2 no se expresa
En BWS el alelo materno tiene una delecioacuten en DMR rarr CTCF no se pega rarrIGF2 se expresa lo cual explica el tumor de Wilms (sobre-expresioacuten de IGF2 a partir de ambos alelos)
CTCF
CTCF
Normalmente el alelo paterno estaacute metilado rarr CTCF no se pega rarr IGF2 se expresa
CTCF es un aislante transcripcional que se ubica en la DMR (regioacuten diferencialmente metilada)cuando no estaacute metilada e impide la accioacuten a distancia del enhancer sobre IGF2 (CTCF no tiene efecto sobre H19)
Si hay delecioacuten similar en alelo paterno Si hay delecioacuten similar en alelo paterno no causa cambios en la expresioacuten de IGF2 no causa cambios en la expresioacuten de IGF2 porque desaparece la plataforma para el porque desaparece la plataforma para el pegado de CTCF que igual normalmentepegado de CTCF que igual normalmente es inefectiva debido a metilaciones inefectiva debido a metilacion
Ejemplo 3INACTIVACION DEL CROMOSOMA X
en ceacutelulas XX de mamiacuteferos
antecedentes
descubrioacute en 1966 quecorpuacutesculo de (Murray) Barr (1949) es debido a un X como
heterocromatina en ceacutelulas somaacuteticas XX en interfase
sexado en las Olimpiacuteadas (para detectar transexuales XY) the presence of Barr bodies indicates femaleness whereas their absence indicates maleness This test was previously used in the International Olympic Committee Medical Commission in 1968 This test later was replaced by PCR (Y chromosome)
bull cuerpo XY (par XY como heterocromatina [hay recombinacioacuten homoacuteloga entre ellos en cortas regiones]) en ceacutelulas germinales masculinas durante el inicio de la meiosis luego se separan en la primera divisioacuten pero el X sigue heterocromatinizado en las gametas
Mary F Lyon UK (1925-)
Ejemplo 3INACTIVACION DEL CROMOSOMA X
en ceacutelulas XX de mamiacuteferos
bull Placentarios (euterianos)
debida a imprinting hasta el momento de la implantacioacuten (estadiacuteo blastocisto) Despueacutes el imprinting es borrado (excepto en trofoblasto rarr placenta) y la inactivacioacuten es al azar por un mecanismo de conteo o dosajerarr tejidos mosaico
bull No placentarios (metaterianos) p ej canguros hay imprinting de todo el X paterno a lo largo de toda la
embriogeacutenesis que continua en la vida adulta
Genes Xist y Tsix Jeannie Lee et al Harvard Medical School
Nature Genetics 21 400 - 404 (1999)
los genes responsables estaacuten localizados en el XIC (X-inactivation Center)
locus definido por geneacutetica claacutesica
RNA el verdadero inactivador en cis
RNA anti-sense el verdadero activador en cis
hibridizacioacuten in situ de RNA(RNA-FISH)
El RNA Xist recubre a todo el X del cual provino y lo inactiva
El RNA Tsix impide que se sintetice RNA Xist
iquestQueacute marcas epigeneacuteticas adquieren los X como consecuencia del RNA Xist
Chang et al Frontiers in Bioscience 11 852-866 2006
RNA
los claacutesicos
OK la inactivacioacuten de uno de los dos X es debida a genes del XIChellip
pero iquestcuaacutel X es el que se inactivaiquestEs al azar o es parent of origin Experimento mirar expresioacuten de genes Xist y Tsix por RT-PCR sobre RNA de blastocistos pre-impl de dos cepas de ratoacuten distintas (para
aprovechar polimorfismos de longitud en RNA Xist)
en hembras el RNA Xist es igual que el del padre machos no tienen RNA Xist
el RNA Tsix es el de la madre
Conclusioacuten en blastocistos XX pre-implantados el X inactivo es el de origen paterno
Madre Padre M P
F1
iquestQueacute le pasa a la progenie de una madre sin Tsix(KO para Tsix en regioacuten que no afecta al DNA Xist)
Jeannie Lee Harvard
aparece el RNA Xist de la madre
M P M PM P M P
F1F1
Mirando los blastocistos pre-implantacioacuten wt y KOdeteccioacuten de RNA Xist mediante RNA-FISH
estos embriones mutantes knock out tienen problemas de superviviencia se les inactiva el XM quetendriacutea que estar activo
En cambio los mutantes XM XPΔ no tienen problemas porque de todos modos XP estariacutea inactivo
Jeannie Lee HarvardCell 103 17ndash27 (2000)
iquestconsecuencias de este KO en la vida de los ratones
en los pocos embriones XXque sobreviven despueacutes de la implantacioacuten y borroacuten y cuenta nueva se inactiva 1 solo X pero noal azarpreferentemente es en el Xmutado(y en machos sobrevivientesel uacutenico X no se inactiva)
en estas ratonas despueacutes de la implantacioacuten la inactivacioacuten del X no es al azar preferentemente es el X mutado
Modelo sencillo de inactivacioacuten del cromosoma X
metilacioacuten
borroacuten y cuenta nueva
IC = Imprinting Center
Modelo consistente con el cuerpo XY en ceacutelulas germinales masculinas
femenino
muestra que el imprinting de todo el X (antes de la implantacioacuten) se deberia al imprinting de Tsix (en su IC)
modelo integrador que muestra asociacioacuten entre RNAs XistTsix y marcas epigeneacuteticas conocidas
Navarro et alGENES amp DEVELOPMENT (2005) 191474-1484
Tsix induces efficient H3-K4 methylation over the entire XistTsix unit
RNA Tsix
RNA Xist
RNA Xist
RNA Xist
borroacuten y cuenta nueva
Ojometilacioacuten en K4H3 es marca activadora
al azar
origen Paterno
Comprobacioacuten experimental (in vivo) del ldquomodelo del besordquo (Jeannie Lee Science 2006)
ocurrioacutebeso
Xic green Tsix red DAPI bluepara ver resto del nucleo
XX ES cells in vivo
RNA FISH para Xist (rojo) se veEn 1 X solamente
luego de extraer losembriones a distintostiempos (de distintas ratonas prentildeadas) DNA FISH in vitro para ambos X(verde y rojo)
MEFs
Xic DNA green Xist RNA red
Enriquecimiento deK27H3 en cromosoma con Xist RNA
se separan
Modelos de inactivacioacuten al azar del cromosoma X en mamiacuteferos
Enjambre de factores bloqueadores de la inactivacioacuten que quedan finalmente agregados y unidos a 1 solo X
Variable dependiente (output)distribucioacuten de moleacuteculas en cada X
When E = 0 a random walk diffusion is found
The evolution is drastically different for E = 24kT wheredroplets (swarm) of particles are formed ending up in a single cluster overing just one of the two equivalent chromosomes and thus breaking their binding symmetry
Symmetry-Breaking Model for X-Chromosome Inactivation modelo b) del ldquoenjambrerdquo de la diapo anterior mediante simulacioacuten computacional
Mario Nicodemi amp Antonella PriscoPHYSICAL REVIEW LETTERS (2007)
El modelo encaja mejor cuanto menor sea la distancia entre los dos Xs consistente con el modelo intuitivo del beso
Tambieacuten consistente con situacioacuten artificial de 3 X y queda 1 solo activoLa moleacutecula pegajosa de este modelo bien podria ser un activador de Tsix Channnn
Variables independientes a setearbull constante cineacutetica de difusion k de Arrheniusbull E = energiacutea entre moleacuteculas de factor de activacioacuten (valor alto = molec ldquopegajosardquo)bull distancia entre los dos Xbull tiempo
un X el otro X
Y en insectos
es al reveacutes que en mamiferosWeake amp Workman Nature Structural amp Molecular Biology 16 801 - 803 (2009)
hay un complejo proteico acetilador de histonas (HAT) en ceacutelulas de machos que garantiza la doble expresioacuten de genes en el uacutenico cromosoma X para igualar el nivel de expresioacuten en hembras que tienen dos X
Para tener en cuentahellip
bull los genes sujetos a imprinting evaden las oleadas de metilacioacuten y desmetilacioacuten que ocurren en la reprogramacioacuten epigeneacutetica en el desarrollo embrionario en mamiacuteferos
bull El imprinting puede perderse en animales clonados por transferencia nuclear porque se forma un cigoto ldquoparcialmente asexualrdquo que no se originoacute a partir de ambas liacuteneas germinales donde normalmente se establecen las marcas de imprinting
bull Se ha revelado el ldquoimprintomardquo de cerebro de ratoacuten adulto (Gregg et al agosto 2010) cruzas de ratones endocriados de dos diferentes cepas (para aprovechar polimorfismos y asiacute despueacutes rastrear el origen parental) En las criacuteas F1 (heterocigotas) se hizo RNA-seq masiva (pirosecuenciacioacuten de los cDNAs) Se observoacute sesgo en la expresioacuten materna o paterna de 1300 loci
iquestY la ventajas adaptativas del impritingMorison et al Trends Genet 21 457-65 (2005)
Difiacuteciles de explicar pues el imprinting hace perder la obvia ventaja de la diploidiacutea
1) Hay una teoriacutea (Ishino Develop Growth Diff 2010) que sostiene que el imprinting surgioacute en la evolucioacuten como defensa contra retrotransposicioacuten en una de las dos liacuteneas germinales (en ambas hubiera sido letal) Los autores la fundamentan invocando a los
genes parental expressed genes (peg) sujetos a imprinting (tienen DMRs) y asociados a la formacioacuten de la placenta con similitud de secuencia a retrotranposones
2) Hipoacutetesis evolutiva del ldquoConflicto Geneacuteticordquo(ldquocierrardquo para IGF2 pero no para IGF2-r)
En especies que muestran paternidad muacutetiple en 1 evento reproductivo (ldquopoliandriardquo)hellip
bull el padre privilegia su propia paternidad a traveacutes del tamantildeo de su descendencia incluso a expensas de los medio-hermanos Y lo hace transmitiendo epialelos activos de genes que promueven el crecimiento fetal p ej IGF2
bull un intereacutes de la madre es distribuir equitativamente sus recursos en toda su progenie aunque nazcan pequentildeos Y lo hace transmitiendo epialelos inactivos de genes que promueven el crecimiento fetal p ej IGF2
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Ademaacutes en el caso de IGF2 la ausencia de imprinting causariacutea su sobre-expresioacuten y mayor
propensioacuten al tumor de Wilms
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Siacutendrome de Prader Willi(PWS)
causa 3 Defecto en el IC 3rsquo (PWS-IC) que (si bien causa insensibilidad a marcas epigeneacuteticas inactivadoras)tampoco permite que actuacuteen las marcas activadoras(5 de los casos)
Expresioacuten NO NO
Paacutegina de PWS associationhttpwwwpwsausaorgindexhtml
Siacutentomas
bull Neonatal hypotonia bull Feeding problems in infancy bull Excessive weight gain bull Facial features bull Hypogonadism bull Developmental delay bull Hyperphagia bull Hypopigmentation bull Small hands andor feet bull Eye abnormalities bull Thick viscous saliva bull Articulation defects
problemas de comportamiento
bull Sleep disturbance
Siacutendrome de Angelman (AS)Causa similar pero la delecioacuten es en la regioacuten
que se expresa a partir del alelo de origen maternogen UBE3A
bull Angelman Syndrome Foundation
bull httpwwwangelmanorgangel
Siacutendrome de Angelman (AS)
Siacutentomas
bull developmental delaybull mental retardationbull gross and fine motor difficultiesbull suckswallowing disorder bull wide-spaced teethbull hypopigmentation
Problemas de comportamientobull speech disorder (in most cases lack of speech)bull hypermotoric behaviorbull easily excitable personality bull frequently happy demeanor
Modelo molecular sencillo para explicar expresioacuten mono-aleacutelica (paterna) de los genes de la regioacuten (excepto de UBE3A que tiene patroacuten de
expresioacuten opuesto en cis)
factores especiacutef de liacutenea germ fem metilacioacuten rarr inactivo
no hay factores sin metilar rarr activo
_____ _____
alelos que no se expresan alelos que se expresan
IC = Imprinting Center
IC = Imprinting Center regioacuten regulatoria bipartita parte 5rsquo (AS-IC) promueve la accioacuten de metilasas parte 3rsquo (PWS-IC) isla CG receptora de esas metilasas
p
iquestPor queacute la expresioacuten excluyente en cis entre SNRPN y UBE3A
No hay un modelo molecular convincente pero probablemente se deba a un aislante transcripcional influido por una DMR
(regioacuten diferencialmente metilada) que actuacutea a distanciade modo similar a lo indicado en el ejemplo 2 (BWS)
-
regioacuten en cromosoma 11p15genes IGF2 yH19 regulados por elmismo enhancer atiacutepico ubicado 3rsquo
Ejemplo 2BeckwithndashWiedemann syndrome (BWS) - macroglosia- hepatomegalia- tumor de Wilms
se transmite por viacutea materna
enhancerNormalmente el alelo materno no estaacute metilado rarr CTCF se pega rarr IGF2 no se expresa
En BWS el alelo materno tiene una delecioacuten en DMR rarr CTCF no se pega rarrIGF2 se expresa lo cual explica el tumor de Wilms (sobre-expresioacuten de IGF2 a partir de ambos alelos)
CTCF
CTCF
Normalmente el alelo paterno estaacute metilado rarr CTCF no se pega rarr IGF2 se expresa
CTCF es un aislante transcripcional que se ubica en la DMR (regioacuten diferencialmente metilada)cuando no estaacute metilada e impide la accioacuten a distancia del enhancer sobre IGF2 (CTCF no tiene efecto sobre H19)
Si hay delecioacuten similar en alelo paterno Si hay delecioacuten similar en alelo paterno no causa cambios en la expresioacuten de IGF2 no causa cambios en la expresioacuten de IGF2 porque desaparece la plataforma para el porque desaparece la plataforma para el pegado de CTCF que igual normalmentepegado de CTCF que igual normalmente es inefectiva debido a metilaciones inefectiva debido a metilacion
Ejemplo 3INACTIVACION DEL CROMOSOMA X
en ceacutelulas XX de mamiacuteferos
antecedentes
descubrioacute en 1966 quecorpuacutesculo de (Murray) Barr (1949) es debido a un X como
heterocromatina en ceacutelulas somaacuteticas XX en interfase
sexado en las Olimpiacuteadas (para detectar transexuales XY) the presence of Barr bodies indicates femaleness whereas their absence indicates maleness This test was previously used in the International Olympic Committee Medical Commission in 1968 This test later was replaced by PCR (Y chromosome)
bull cuerpo XY (par XY como heterocromatina [hay recombinacioacuten homoacuteloga entre ellos en cortas regiones]) en ceacutelulas germinales masculinas durante el inicio de la meiosis luego se separan en la primera divisioacuten pero el X sigue heterocromatinizado en las gametas
Mary F Lyon UK (1925-)
Ejemplo 3INACTIVACION DEL CROMOSOMA X
en ceacutelulas XX de mamiacuteferos
bull Placentarios (euterianos)
debida a imprinting hasta el momento de la implantacioacuten (estadiacuteo blastocisto) Despueacutes el imprinting es borrado (excepto en trofoblasto rarr placenta) y la inactivacioacuten es al azar por un mecanismo de conteo o dosajerarr tejidos mosaico
bull No placentarios (metaterianos) p ej canguros hay imprinting de todo el X paterno a lo largo de toda la
embriogeacutenesis que continua en la vida adulta
Genes Xist y Tsix Jeannie Lee et al Harvard Medical School
Nature Genetics 21 400 - 404 (1999)
los genes responsables estaacuten localizados en el XIC (X-inactivation Center)
locus definido por geneacutetica claacutesica
RNA el verdadero inactivador en cis
RNA anti-sense el verdadero activador en cis
hibridizacioacuten in situ de RNA(RNA-FISH)
El RNA Xist recubre a todo el X del cual provino y lo inactiva
El RNA Tsix impide que se sintetice RNA Xist
iquestQueacute marcas epigeneacuteticas adquieren los X como consecuencia del RNA Xist
Chang et al Frontiers in Bioscience 11 852-866 2006
RNA
los claacutesicos
OK la inactivacioacuten de uno de los dos X es debida a genes del XIChellip
pero iquestcuaacutel X es el que se inactivaiquestEs al azar o es parent of origin Experimento mirar expresioacuten de genes Xist y Tsix por RT-PCR sobre RNA de blastocistos pre-impl de dos cepas de ratoacuten distintas (para
aprovechar polimorfismos de longitud en RNA Xist)
en hembras el RNA Xist es igual que el del padre machos no tienen RNA Xist
el RNA Tsix es el de la madre
Conclusioacuten en blastocistos XX pre-implantados el X inactivo es el de origen paterno
Madre Padre M P
F1
iquestQueacute le pasa a la progenie de una madre sin Tsix(KO para Tsix en regioacuten que no afecta al DNA Xist)
Jeannie Lee Harvard
aparece el RNA Xist de la madre
M P M PM P M P
F1F1
Mirando los blastocistos pre-implantacioacuten wt y KOdeteccioacuten de RNA Xist mediante RNA-FISH
estos embriones mutantes knock out tienen problemas de superviviencia se les inactiva el XM quetendriacutea que estar activo
En cambio los mutantes XM XPΔ no tienen problemas porque de todos modos XP estariacutea inactivo
Jeannie Lee HarvardCell 103 17ndash27 (2000)
iquestconsecuencias de este KO en la vida de los ratones
en los pocos embriones XXque sobreviven despueacutes de la implantacioacuten y borroacuten y cuenta nueva se inactiva 1 solo X pero noal azarpreferentemente es en el Xmutado(y en machos sobrevivientesel uacutenico X no se inactiva)
en estas ratonas despueacutes de la implantacioacuten la inactivacioacuten del X no es al azar preferentemente es el X mutado
Modelo sencillo de inactivacioacuten del cromosoma X
metilacioacuten
borroacuten y cuenta nueva
IC = Imprinting Center
Modelo consistente con el cuerpo XY en ceacutelulas germinales masculinas
femenino
muestra que el imprinting de todo el X (antes de la implantacioacuten) se deberia al imprinting de Tsix (en su IC)
modelo integrador que muestra asociacioacuten entre RNAs XistTsix y marcas epigeneacuteticas conocidas
Navarro et alGENES amp DEVELOPMENT (2005) 191474-1484
Tsix induces efficient H3-K4 methylation over the entire XistTsix unit
RNA Tsix
RNA Xist
RNA Xist
RNA Xist
borroacuten y cuenta nueva
Ojometilacioacuten en K4H3 es marca activadora
al azar
origen Paterno
Comprobacioacuten experimental (in vivo) del ldquomodelo del besordquo (Jeannie Lee Science 2006)
ocurrioacutebeso
Xic green Tsix red DAPI bluepara ver resto del nucleo
XX ES cells in vivo
RNA FISH para Xist (rojo) se veEn 1 X solamente
luego de extraer losembriones a distintostiempos (de distintas ratonas prentildeadas) DNA FISH in vitro para ambos X(verde y rojo)
MEFs
Xic DNA green Xist RNA red
Enriquecimiento deK27H3 en cromosoma con Xist RNA
se separan
Modelos de inactivacioacuten al azar del cromosoma X en mamiacuteferos
Enjambre de factores bloqueadores de la inactivacioacuten que quedan finalmente agregados y unidos a 1 solo X
Variable dependiente (output)distribucioacuten de moleacuteculas en cada X
When E = 0 a random walk diffusion is found
The evolution is drastically different for E = 24kT wheredroplets (swarm) of particles are formed ending up in a single cluster overing just one of the two equivalent chromosomes and thus breaking their binding symmetry
Symmetry-Breaking Model for X-Chromosome Inactivation modelo b) del ldquoenjambrerdquo de la diapo anterior mediante simulacioacuten computacional
Mario Nicodemi amp Antonella PriscoPHYSICAL REVIEW LETTERS (2007)
El modelo encaja mejor cuanto menor sea la distancia entre los dos Xs consistente con el modelo intuitivo del beso
Tambieacuten consistente con situacioacuten artificial de 3 X y queda 1 solo activoLa moleacutecula pegajosa de este modelo bien podria ser un activador de Tsix Channnn
Variables independientes a setearbull constante cineacutetica de difusion k de Arrheniusbull E = energiacutea entre moleacuteculas de factor de activacioacuten (valor alto = molec ldquopegajosardquo)bull distancia entre los dos Xbull tiempo
un X el otro X
Y en insectos
es al reveacutes que en mamiferosWeake amp Workman Nature Structural amp Molecular Biology 16 801 - 803 (2009)
hay un complejo proteico acetilador de histonas (HAT) en ceacutelulas de machos que garantiza la doble expresioacuten de genes en el uacutenico cromosoma X para igualar el nivel de expresioacuten en hembras que tienen dos X
Para tener en cuentahellip
bull los genes sujetos a imprinting evaden las oleadas de metilacioacuten y desmetilacioacuten que ocurren en la reprogramacioacuten epigeneacutetica en el desarrollo embrionario en mamiacuteferos
bull El imprinting puede perderse en animales clonados por transferencia nuclear porque se forma un cigoto ldquoparcialmente asexualrdquo que no se originoacute a partir de ambas liacuteneas germinales donde normalmente se establecen las marcas de imprinting
bull Se ha revelado el ldquoimprintomardquo de cerebro de ratoacuten adulto (Gregg et al agosto 2010) cruzas de ratones endocriados de dos diferentes cepas (para aprovechar polimorfismos y asiacute despueacutes rastrear el origen parental) En las criacuteas F1 (heterocigotas) se hizo RNA-seq masiva (pirosecuenciacioacuten de los cDNAs) Se observoacute sesgo en la expresioacuten materna o paterna de 1300 loci
iquestY la ventajas adaptativas del impritingMorison et al Trends Genet 21 457-65 (2005)
Difiacuteciles de explicar pues el imprinting hace perder la obvia ventaja de la diploidiacutea
1) Hay una teoriacutea (Ishino Develop Growth Diff 2010) que sostiene que el imprinting surgioacute en la evolucioacuten como defensa contra retrotransposicioacuten en una de las dos liacuteneas germinales (en ambas hubiera sido letal) Los autores la fundamentan invocando a los
genes parental expressed genes (peg) sujetos a imprinting (tienen DMRs) y asociados a la formacioacuten de la placenta con similitud de secuencia a retrotranposones
2) Hipoacutetesis evolutiva del ldquoConflicto Geneacuteticordquo(ldquocierrardquo para IGF2 pero no para IGF2-r)
En especies que muestran paternidad muacutetiple en 1 evento reproductivo (ldquopoliandriardquo)hellip
bull el padre privilegia su propia paternidad a traveacutes del tamantildeo de su descendencia incluso a expensas de los medio-hermanos Y lo hace transmitiendo epialelos activos de genes que promueven el crecimiento fetal p ej IGF2
bull un intereacutes de la madre es distribuir equitativamente sus recursos en toda su progenie aunque nazcan pequentildeos Y lo hace transmitiendo epialelos inactivos de genes que promueven el crecimiento fetal p ej IGF2
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Ademaacutes en el caso de IGF2 la ausencia de imprinting causariacutea su sobre-expresioacuten y mayor
propensioacuten al tumor de Wilms
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Paacutegina de PWS associationhttpwwwpwsausaorgindexhtml
Siacutentomas
bull Neonatal hypotonia bull Feeding problems in infancy bull Excessive weight gain bull Facial features bull Hypogonadism bull Developmental delay bull Hyperphagia bull Hypopigmentation bull Small hands andor feet bull Eye abnormalities bull Thick viscous saliva bull Articulation defects
problemas de comportamiento
bull Sleep disturbance
Siacutendrome de Angelman (AS)Causa similar pero la delecioacuten es en la regioacuten
que se expresa a partir del alelo de origen maternogen UBE3A
bull Angelman Syndrome Foundation
bull httpwwwangelmanorgangel
Siacutendrome de Angelman (AS)
Siacutentomas
bull developmental delaybull mental retardationbull gross and fine motor difficultiesbull suckswallowing disorder bull wide-spaced teethbull hypopigmentation
Problemas de comportamientobull speech disorder (in most cases lack of speech)bull hypermotoric behaviorbull easily excitable personality bull frequently happy demeanor
Modelo molecular sencillo para explicar expresioacuten mono-aleacutelica (paterna) de los genes de la regioacuten (excepto de UBE3A que tiene patroacuten de
expresioacuten opuesto en cis)
factores especiacutef de liacutenea germ fem metilacioacuten rarr inactivo
no hay factores sin metilar rarr activo
_____ _____
alelos que no se expresan alelos que se expresan
IC = Imprinting Center
IC = Imprinting Center regioacuten regulatoria bipartita parte 5rsquo (AS-IC) promueve la accioacuten de metilasas parte 3rsquo (PWS-IC) isla CG receptora de esas metilasas
p
iquestPor queacute la expresioacuten excluyente en cis entre SNRPN y UBE3A
No hay un modelo molecular convincente pero probablemente se deba a un aislante transcripcional influido por una DMR
(regioacuten diferencialmente metilada) que actuacutea a distanciade modo similar a lo indicado en el ejemplo 2 (BWS)
-
regioacuten en cromosoma 11p15genes IGF2 yH19 regulados por elmismo enhancer atiacutepico ubicado 3rsquo
Ejemplo 2BeckwithndashWiedemann syndrome (BWS) - macroglosia- hepatomegalia- tumor de Wilms
se transmite por viacutea materna
enhancerNormalmente el alelo materno no estaacute metilado rarr CTCF se pega rarr IGF2 no se expresa
En BWS el alelo materno tiene una delecioacuten en DMR rarr CTCF no se pega rarrIGF2 se expresa lo cual explica el tumor de Wilms (sobre-expresioacuten de IGF2 a partir de ambos alelos)
CTCF
CTCF
Normalmente el alelo paterno estaacute metilado rarr CTCF no se pega rarr IGF2 se expresa
CTCF es un aislante transcripcional que se ubica en la DMR (regioacuten diferencialmente metilada)cuando no estaacute metilada e impide la accioacuten a distancia del enhancer sobre IGF2 (CTCF no tiene efecto sobre H19)
Si hay delecioacuten similar en alelo paterno Si hay delecioacuten similar en alelo paterno no causa cambios en la expresioacuten de IGF2 no causa cambios en la expresioacuten de IGF2 porque desaparece la plataforma para el porque desaparece la plataforma para el pegado de CTCF que igual normalmentepegado de CTCF que igual normalmente es inefectiva debido a metilaciones inefectiva debido a metilacion
Ejemplo 3INACTIVACION DEL CROMOSOMA X
en ceacutelulas XX de mamiacuteferos
antecedentes
descubrioacute en 1966 quecorpuacutesculo de (Murray) Barr (1949) es debido a un X como
heterocromatina en ceacutelulas somaacuteticas XX en interfase
sexado en las Olimpiacuteadas (para detectar transexuales XY) the presence of Barr bodies indicates femaleness whereas their absence indicates maleness This test was previously used in the International Olympic Committee Medical Commission in 1968 This test later was replaced by PCR (Y chromosome)
bull cuerpo XY (par XY como heterocromatina [hay recombinacioacuten homoacuteloga entre ellos en cortas regiones]) en ceacutelulas germinales masculinas durante el inicio de la meiosis luego se separan en la primera divisioacuten pero el X sigue heterocromatinizado en las gametas
Mary F Lyon UK (1925-)
Ejemplo 3INACTIVACION DEL CROMOSOMA X
en ceacutelulas XX de mamiacuteferos
bull Placentarios (euterianos)
debida a imprinting hasta el momento de la implantacioacuten (estadiacuteo blastocisto) Despueacutes el imprinting es borrado (excepto en trofoblasto rarr placenta) y la inactivacioacuten es al azar por un mecanismo de conteo o dosajerarr tejidos mosaico
bull No placentarios (metaterianos) p ej canguros hay imprinting de todo el X paterno a lo largo de toda la
embriogeacutenesis que continua en la vida adulta
Genes Xist y Tsix Jeannie Lee et al Harvard Medical School
Nature Genetics 21 400 - 404 (1999)
los genes responsables estaacuten localizados en el XIC (X-inactivation Center)
locus definido por geneacutetica claacutesica
RNA el verdadero inactivador en cis
RNA anti-sense el verdadero activador en cis
hibridizacioacuten in situ de RNA(RNA-FISH)
El RNA Xist recubre a todo el X del cual provino y lo inactiva
El RNA Tsix impide que se sintetice RNA Xist
iquestQueacute marcas epigeneacuteticas adquieren los X como consecuencia del RNA Xist
Chang et al Frontiers in Bioscience 11 852-866 2006
RNA
los claacutesicos
OK la inactivacioacuten de uno de los dos X es debida a genes del XIChellip
pero iquestcuaacutel X es el que se inactivaiquestEs al azar o es parent of origin Experimento mirar expresioacuten de genes Xist y Tsix por RT-PCR sobre RNA de blastocistos pre-impl de dos cepas de ratoacuten distintas (para
aprovechar polimorfismos de longitud en RNA Xist)
en hembras el RNA Xist es igual que el del padre machos no tienen RNA Xist
el RNA Tsix es el de la madre
Conclusioacuten en blastocistos XX pre-implantados el X inactivo es el de origen paterno
Madre Padre M P
F1
iquestQueacute le pasa a la progenie de una madre sin Tsix(KO para Tsix en regioacuten que no afecta al DNA Xist)
Jeannie Lee Harvard
aparece el RNA Xist de la madre
M P M PM P M P
F1F1
Mirando los blastocistos pre-implantacioacuten wt y KOdeteccioacuten de RNA Xist mediante RNA-FISH
estos embriones mutantes knock out tienen problemas de superviviencia se les inactiva el XM quetendriacutea que estar activo
En cambio los mutantes XM XPΔ no tienen problemas porque de todos modos XP estariacutea inactivo
Jeannie Lee HarvardCell 103 17ndash27 (2000)
iquestconsecuencias de este KO en la vida de los ratones
en los pocos embriones XXque sobreviven despueacutes de la implantacioacuten y borroacuten y cuenta nueva se inactiva 1 solo X pero noal azarpreferentemente es en el Xmutado(y en machos sobrevivientesel uacutenico X no se inactiva)
en estas ratonas despueacutes de la implantacioacuten la inactivacioacuten del X no es al azar preferentemente es el X mutado
Modelo sencillo de inactivacioacuten del cromosoma X
metilacioacuten
borroacuten y cuenta nueva
IC = Imprinting Center
Modelo consistente con el cuerpo XY en ceacutelulas germinales masculinas
femenino
muestra que el imprinting de todo el X (antes de la implantacioacuten) se deberia al imprinting de Tsix (en su IC)
modelo integrador que muestra asociacioacuten entre RNAs XistTsix y marcas epigeneacuteticas conocidas
Navarro et alGENES amp DEVELOPMENT (2005) 191474-1484
Tsix induces efficient H3-K4 methylation over the entire XistTsix unit
RNA Tsix
RNA Xist
RNA Xist
RNA Xist
borroacuten y cuenta nueva
Ojometilacioacuten en K4H3 es marca activadora
al azar
origen Paterno
Comprobacioacuten experimental (in vivo) del ldquomodelo del besordquo (Jeannie Lee Science 2006)
ocurrioacutebeso
Xic green Tsix red DAPI bluepara ver resto del nucleo
XX ES cells in vivo
RNA FISH para Xist (rojo) se veEn 1 X solamente
luego de extraer losembriones a distintostiempos (de distintas ratonas prentildeadas) DNA FISH in vitro para ambos X(verde y rojo)
MEFs
Xic DNA green Xist RNA red
Enriquecimiento deK27H3 en cromosoma con Xist RNA
se separan
Modelos de inactivacioacuten al azar del cromosoma X en mamiacuteferos
Enjambre de factores bloqueadores de la inactivacioacuten que quedan finalmente agregados y unidos a 1 solo X
Variable dependiente (output)distribucioacuten de moleacuteculas en cada X
When E = 0 a random walk diffusion is found
The evolution is drastically different for E = 24kT wheredroplets (swarm) of particles are formed ending up in a single cluster overing just one of the two equivalent chromosomes and thus breaking their binding symmetry
Symmetry-Breaking Model for X-Chromosome Inactivation modelo b) del ldquoenjambrerdquo de la diapo anterior mediante simulacioacuten computacional
Mario Nicodemi amp Antonella PriscoPHYSICAL REVIEW LETTERS (2007)
El modelo encaja mejor cuanto menor sea la distancia entre los dos Xs consistente con el modelo intuitivo del beso
Tambieacuten consistente con situacioacuten artificial de 3 X y queda 1 solo activoLa moleacutecula pegajosa de este modelo bien podria ser un activador de Tsix Channnn
Variables independientes a setearbull constante cineacutetica de difusion k de Arrheniusbull E = energiacutea entre moleacuteculas de factor de activacioacuten (valor alto = molec ldquopegajosardquo)bull distancia entre los dos Xbull tiempo
un X el otro X
Y en insectos
es al reveacutes que en mamiferosWeake amp Workman Nature Structural amp Molecular Biology 16 801 - 803 (2009)
hay un complejo proteico acetilador de histonas (HAT) en ceacutelulas de machos que garantiza la doble expresioacuten de genes en el uacutenico cromosoma X para igualar el nivel de expresioacuten en hembras que tienen dos X
Para tener en cuentahellip
bull los genes sujetos a imprinting evaden las oleadas de metilacioacuten y desmetilacioacuten que ocurren en la reprogramacioacuten epigeneacutetica en el desarrollo embrionario en mamiacuteferos
bull El imprinting puede perderse en animales clonados por transferencia nuclear porque se forma un cigoto ldquoparcialmente asexualrdquo que no se originoacute a partir de ambas liacuteneas germinales donde normalmente se establecen las marcas de imprinting
bull Se ha revelado el ldquoimprintomardquo de cerebro de ratoacuten adulto (Gregg et al agosto 2010) cruzas de ratones endocriados de dos diferentes cepas (para aprovechar polimorfismos y asiacute despueacutes rastrear el origen parental) En las criacuteas F1 (heterocigotas) se hizo RNA-seq masiva (pirosecuenciacioacuten de los cDNAs) Se observoacute sesgo en la expresioacuten materna o paterna de 1300 loci
iquestY la ventajas adaptativas del impritingMorison et al Trends Genet 21 457-65 (2005)
Difiacuteciles de explicar pues el imprinting hace perder la obvia ventaja de la diploidiacutea
1) Hay una teoriacutea (Ishino Develop Growth Diff 2010) que sostiene que el imprinting surgioacute en la evolucioacuten como defensa contra retrotransposicioacuten en una de las dos liacuteneas germinales (en ambas hubiera sido letal) Los autores la fundamentan invocando a los
genes parental expressed genes (peg) sujetos a imprinting (tienen DMRs) y asociados a la formacioacuten de la placenta con similitud de secuencia a retrotranposones
2) Hipoacutetesis evolutiva del ldquoConflicto Geneacuteticordquo(ldquocierrardquo para IGF2 pero no para IGF2-r)
En especies que muestran paternidad muacutetiple en 1 evento reproductivo (ldquopoliandriardquo)hellip
bull el padre privilegia su propia paternidad a traveacutes del tamantildeo de su descendencia incluso a expensas de los medio-hermanos Y lo hace transmitiendo epialelos activos de genes que promueven el crecimiento fetal p ej IGF2
bull un intereacutes de la madre es distribuir equitativamente sus recursos en toda su progenie aunque nazcan pequentildeos Y lo hace transmitiendo epialelos inactivos de genes que promueven el crecimiento fetal p ej IGF2
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propensioacuten al tumor de Wilms
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Siacutendrome de Angelman (AS)Causa similar pero la delecioacuten es en la regioacuten
que se expresa a partir del alelo de origen maternogen UBE3A
bull Angelman Syndrome Foundation
bull httpwwwangelmanorgangel
Siacutendrome de Angelman (AS)
Siacutentomas
bull developmental delaybull mental retardationbull gross and fine motor difficultiesbull suckswallowing disorder bull wide-spaced teethbull hypopigmentation
Problemas de comportamientobull speech disorder (in most cases lack of speech)bull hypermotoric behaviorbull easily excitable personality bull frequently happy demeanor
Modelo molecular sencillo para explicar expresioacuten mono-aleacutelica (paterna) de los genes de la regioacuten (excepto de UBE3A que tiene patroacuten de
expresioacuten opuesto en cis)
factores especiacutef de liacutenea germ fem metilacioacuten rarr inactivo
no hay factores sin metilar rarr activo
_____ _____
alelos que no se expresan alelos que se expresan
IC = Imprinting Center
IC = Imprinting Center regioacuten regulatoria bipartita parte 5rsquo (AS-IC) promueve la accioacuten de metilasas parte 3rsquo (PWS-IC) isla CG receptora de esas metilasas
p
iquestPor queacute la expresioacuten excluyente en cis entre SNRPN y UBE3A
No hay un modelo molecular convincente pero probablemente se deba a un aislante transcripcional influido por una DMR
(regioacuten diferencialmente metilada) que actuacutea a distanciade modo similar a lo indicado en el ejemplo 2 (BWS)
-
regioacuten en cromosoma 11p15genes IGF2 yH19 regulados por elmismo enhancer atiacutepico ubicado 3rsquo
Ejemplo 2BeckwithndashWiedemann syndrome (BWS) - macroglosia- hepatomegalia- tumor de Wilms
se transmite por viacutea materna
enhancerNormalmente el alelo materno no estaacute metilado rarr CTCF se pega rarr IGF2 no se expresa
En BWS el alelo materno tiene una delecioacuten en DMR rarr CTCF no se pega rarrIGF2 se expresa lo cual explica el tumor de Wilms (sobre-expresioacuten de IGF2 a partir de ambos alelos)
CTCF
CTCF
Normalmente el alelo paterno estaacute metilado rarr CTCF no se pega rarr IGF2 se expresa
CTCF es un aislante transcripcional que se ubica en la DMR (regioacuten diferencialmente metilada)cuando no estaacute metilada e impide la accioacuten a distancia del enhancer sobre IGF2 (CTCF no tiene efecto sobre H19)
Si hay delecioacuten similar en alelo paterno Si hay delecioacuten similar en alelo paterno no causa cambios en la expresioacuten de IGF2 no causa cambios en la expresioacuten de IGF2 porque desaparece la plataforma para el porque desaparece la plataforma para el pegado de CTCF que igual normalmentepegado de CTCF que igual normalmente es inefectiva debido a metilaciones inefectiva debido a metilacion
Ejemplo 3INACTIVACION DEL CROMOSOMA X
en ceacutelulas XX de mamiacuteferos
antecedentes
descubrioacute en 1966 quecorpuacutesculo de (Murray) Barr (1949) es debido a un X como
heterocromatina en ceacutelulas somaacuteticas XX en interfase
sexado en las Olimpiacuteadas (para detectar transexuales XY) the presence of Barr bodies indicates femaleness whereas their absence indicates maleness This test was previously used in the International Olympic Committee Medical Commission in 1968 This test later was replaced by PCR (Y chromosome)
bull cuerpo XY (par XY como heterocromatina [hay recombinacioacuten homoacuteloga entre ellos en cortas regiones]) en ceacutelulas germinales masculinas durante el inicio de la meiosis luego se separan en la primera divisioacuten pero el X sigue heterocromatinizado en las gametas
Mary F Lyon UK (1925-)
Ejemplo 3INACTIVACION DEL CROMOSOMA X
en ceacutelulas XX de mamiacuteferos
bull Placentarios (euterianos)
debida a imprinting hasta el momento de la implantacioacuten (estadiacuteo blastocisto) Despueacutes el imprinting es borrado (excepto en trofoblasto rarr placenta) y la inactivacioacuten es al azar por un mecanismo de conteo o dosajerarr tejidos mosaico
bull No placentarios (metaterianos) p ej canguros hay imprinting de todo el X paterno a lo largo de toda la
embriogeacutenesis que continua en la vida adulta
Genes Xist y Tsix Jeannie Lee et al Harvard Medical School
Nature Genetics 21 400 - 404 (1999)
los genes responsables estaacuten localizados en el XIC (X-inactivation Center)
locus definido por geneacutetica claacutesica
RNA el verdadero inactivador en cis
RNA anti-sense el verdadero activador en cis
hibridizacioacuten in situ de RNA(RNA-FISH)
El RNA Xist recubre a todo el X del cual provino y lo inactiva
El RNA Tsix impide que se sintetice RNA Xist
iquestQueacute marcas epigeneacuteticas adquieren los X como consecuencia del RNA Xist
Chang et al Frontiers in Bioscience 11 852-866 2006
RNA
los claacutesicos
OK la inactivacioacuten de uno de los dos X es debida a genes del XIChellip
pero iquestcuaacutel X es el que se inactivaiquestEs al azar o es parent of origin Experimento mirar expresioacuten de genes Xist y Tsix por RT-PCR sobre RNA de blastocistos pre-impl de dos cepas de ratoacuten distintas (para
aprovechar polimorfismos de longitud en RNA Xist)
en hembras el RNA Xist es igual que el del padre machos no tienen RNA Xist
el RNA Tsix es el de la madre
Conclusioacuten en blastocistos XX pre-implantados el X inactivo es el de origen paterno
Madre Padre M P
F1
iquestQueacute le pasa a la progenie de una madre sin Tsix(KO para Tsix en regioacuten que no afecta al DNA Xist)
Jeannie Lee Harvard
aparece el RNA Xist de la madre
M P M PM P M P
F1F1
Mirando los blastocistos pre-implantacioacuten wt y KOdeteccioacuten de RNA Xist mediante RNA-FISH
estos embriones mutantes knock out tienen problemas de superviviencia se les inactiva el XM quetendriacutea que estar activo
En cambio los mutantes XM XPΔ no tienen problemas porque de todos modos XP estariacutea inactivo
Jeannie Lee HarvardCell 103 17ndash27 (2000)
iquestconsecuencias de este KO en la vida de los ratones
en los pocos embriones XXque sobreviven despueacutes de la implantacioacuten y borroacuten y cuenta nueva se inactiva 1 solo X pero noal azarpreferentemente es en el Xmutado(y en machos sobrevivientesel uacutenico X no se inactiva)
en estas ratonas despueacutes de la implantacioacuten la inactivacioacuten del X no es al azar preferentemente es el X mutado
Modelo sencillo de inactivacioacuten del cromosoma X
metilacioacuten
borroacuten y cuenta nueva
IC = Imprinting Center
Modelo consistente con el cuerpo XY en ceacutelulas germinales masculinas
femenino
muestra que el imprinting de todo el X (antes de la implantacioacuten) se deberia al imprinting de Tsix (en su IC)
modelo integrador que muestra asociacioacuten entre RNAs XistTsix y marcas epigeneacuteticas conocidas
Navarro et alGENES amp DEVELOPMENT (2005) 191474-1484
Tsix induces efficient H3-K4 methylation over the entire XistTsix unit
RNA Tsix
RNA Xist
RNA Xist
RNA Xist
borroacuten y cuenta nueva
Ojometilacioacuten en K4H3 es marca activadora
al azar
origen Paterno
Comprobacioacuten experimental (in vivo) del ldquomodelo del besordquo (Jeannie Lee Science 2006)
ocurrioacutebeso
Xic green Tsix red DAPI bluepara ver resto del nucleo
XX ES cells in vivo
RNA FISH para Xist (rojo) se veEn 1 X solamente
luego de extraer losembriones a distintostiempos (de distintas ratonas prentildeadas) DNA FISH in vitro para ambos X(verde y rojo)
MEFs
Xic DNA green Xist RNA red
Enriquecimiento deK27H3 en cromosoma con Xist RNA
se separan
Modelos de inactivacioacuten al azar del cromosoma X en mamiacuteferos
Enjambre de factores bloqueadores de la inactivacioacuten que quedan finalmente agregados y unidos a 1 solo X
Variable dependiente (output)distribucioacuten de moleacuteculas en cada X
When E = 0 a random walk diffusion is found
The evolution is drastically different for E = 24kT wheredroplets (swarm) of particles are formed ending up in a single cluster overing just one of the two equivalent chromosomes and thus breaking their binding symmetry
Symmetry-Breaking Model for X-Chromosome Inactivation modelo b) del ldquoenjambrerdquo de la diapo anterior mediante simulacioacuten computacional
Mario Nicodemi amp Antonella PriscoPHYSICAL REVIEW LETTERS (2007)
El modelo encaja mejor cuanto menor sea la distancia entre los dos Xs consistente con el modelo intuitivo del beso
Tambieacuten consistente con situacioacuten artificial de 3 X y queda 1 solo activoLa moleacutecula pegajosa de este modelo bien podria ser un activador de Tsix Channnn
Variables independientes a setearbull constante cineacutetica de difusion k de Arrheniusbull E = energiacutea entre moleacuteculas de factor de activacioacuten (valor alto = molec ldquopegajosardquo)bull distancia entre los dos Xbull tiempo
un X el otro X
Y en insectos
es al reveacutes que en mamiferosWeake amp Workman Nature Structural amp Molecular Biology 16 801 - 803 (2009)
hay un complejo proteico acetilador de histonas (HAT) en ceacutelulas de machos que garantiza la doble expresioacuten de genes en el uacutenico cromosoma X para igualar el nivel de expresioacuten en hembras que tienen dos X
Para tener en cuentahellip
bull los genes sujetos a imprinting evaden las oleadas de metilacioacuten y desmetilacioacuten que ocurren en la reprogramacioacuten epigeneacutetica en el desarrollo embrionario en mamiacuteferos
bull El imprinting puede perderse en animales clonados por transferencia nuclear porque se forma un cigoto ldquoparcialmente asexualrdquo que no se originoacute a partir de ambas liacuteneas germinales donde normalmente se establecen las marcas de imprinting
bull Se ha revelado el ldquoimprintomardquo de cerebro de ratoacuten adulto (Gregg et al agosto 2010) cruzas de ratones endocriados de dos diferentes cepas (para aprovechar polimorfismos y asiacute despueacutes rastrear el origen parental) En las criacuteas F1 (heterocigotas) se hizo RNA-seq masiva (pirosecuenciacioacuten de los cDNAs) Se observoacute sesgo en la expresioacuten materna o paterna de 1300 loci
iquestY la ventajas adaptativas del impritingMorison et al Trends Genet 21 457-65 (2005)
Difiacuteciles de explicar pues el imprinting hace perder la obvia ventaja de la diploidiacutea
1) Hay una teoriacutea (Ishino Develop Growth Diff 2010) que sostiene que el imprinting surgioacute en la evolucioacuten como defensa contra retrotransposicioacuten en una de las dos liacuteneas germinales (en ambas hubiera sido letal) Los autores la fundamentan invocando a los
genes parental expressed genes (peg) sujetos a imprinting (tienen DMRs) y asociados a la formacioacuten de la placenta con similitud de secuencia a retrotranposones
2) Hipoacutetesis evolutiva del ldquoConflicto Geneacuteticordquo(ldquocierrardquo para IGF2 pero no para IGF2-r)
En especies que muestran paternidad muacutetiple en 1 evento reproductivo (ldquopoliandriardquo)hellip
bull el padre privilegia su propia paternidad a traveacutes del tamantildeo de su descendencia incluso a expensas de los medio-hermanos Y lo hace transmitiendo epialelos activos de genes que promueven el crecimiento fetal p ej IGF2
bull un intereacutes de la madre es distribuir equitativamente sus recursos en toda su progenie aunque nazcan pequentildeos Y lo hace transmitiendo epialelos inactivos de genes que promueven el crecimiento fetal p ej IGF2
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Ademaacutes en el caso de IGF2 la ausencia de imprinting causariacutea su sobre-expresioacuten y mayor
propensioacuten al tumor de Wilms
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Siacutendrome de Angelman (AS)
Siacutentomas
bull developmental delaybull mental retardationbull gross and fine motor difficultiesbull suckswallowing disorder bull wide-spaced teethbull hypopigmentation
Problemas de comportamientobull speech disorder (in most cases lack of speech)bull hypermotoric behaviorbull easily excitable personality bull frequently happy demeanor
Modelo molecular sencillo para explicar expresioacuten mono-aleacutelica (paterna) de los genes de la regioacuten (excepto de UBE3A que tiene patroacuten de
expresioacuten opuesto en cis)
factores especiacutef de liacutenea germ fem metilacioacuten rarr inactivo
no hay factores sin metilar rarr activo
_____ _____
alelos que no se expresan alelos que se expresan
IC = Imprinting Center
IC = Imprinting Center regioacuten regulatoria bipartita parte 5rsquo (AS-IC) promueve la accioacuten de metilasas parte 3rsquo (PWS-IC) isla CG receptora de esas metilasas
p
iquestPor queacute la expresioacuten excluyente en cis entre SNRPN y UBE3A
No hay un modelo molecular convincente pero probablemente se deba a un aislante transcripcional influido por una DMR
(regioacuten diferencialmente metilada) que actuacutea a distanciade modo similar a lo indicado en el ejemplo 2 (BWS)
-
regioacuten en cromosoma 11p15genes IGF2 yH19 regulados por elmismo enhancer atiacutepico ubicado 3rsquo
Ejemplo 2BeckwithndashWiedemann syndrome (BWS) - macroglosia- hepatomegalia- tumor de Wilms
se transmite por viacutea materna
enhancerNormalmente el alelo materno no estaacute metilado rarr CTCF se pega rarr IGF2 no se expresa
En BWS el alelo materno tiene una delecioacuten en DMR rarr CTCF no se pega rarrIGF2 se expresa lo cual explica el tumor de Wilms (sobre-expresioacuten de IGF2 a partir de ambos alelos)
CTCF
CTCF
Normalmente el alelo paterno estaacute metilado rarr CTCF no se pega rarr IGF2 se expresa
CTCF es un aislante transcripcional que se ubica en la DMR (regioacuten diferencialmente metilada)cuando no estaacute metilada e impide la accioacuten a distancia del enhancer sobre IGF2 (CTCF no tiene efecto sobre H19)
Si hay delecioacuten similar en alelo paterno Si hay delecioacuten similar en alelo paterno no causa cambios en la expresioacuten de IGF2 no causa cambios en la expresioacuten de IGF2 porque desaparece la plataforma para el porque desaparece la plataforma para el pegado de CTCF que igual normalmentepegado de CTCF que igual normalmente es inefectiva debido a metilaciones inefectiva debido a metilacion
Ejemplo 3INACTIVACION DEL CROMOSOMA X
en ceacutelulas XX de mamiacuteferos
antecedentes
descubrioacute en 1966 quecorpuacutesculo de (Murray) Barr (1949) es debido a un X como
heterocromatina en ceacutelulas somaacuteticas XX en interfase
sexado en las Olimpiacuteadas (para detectar transexuales XY) the presence of Barr bodies indicates femaleness whereas their absence indicates maleness This test was previously used in the International Olympic Committee Medical Commission in 1968 This test later was replaced by PCR (Y chromosome)
bull cuerpo XY (par XY como heterocromatina [hay recombinacioacuten homoacuteloga entre ellos en cortas regiones]) en ceacutelulas germinales masculinas durante el inicio de la meiosis luego se separan en la primera divisioacuten pero el X sigue heterocromatinizado en las gametas
Mary F Lyon UK (1925-)
Ejemplo 3INACTIVACION DEL CROMOSOMA X
en ceacutelulas XX de mamiacuteferos
bull Placentarios (euterianos)
debida a imprinting hasta el momento de la implantacioacuten (estadiacuteo blastocisto) Despueacutes el imprinting es borrado (excepto en trofoblasto rarr placenta) y la inactivacioacuten es al azar por un mecanismo de conteo o dosajerarr tejidos mosaico
bull No placentarios (metaterianos) p ej canguros hay imprinting de todo el X paterno a lo largo de toda la
embriogeacutenesis que continua en la vida adulta
Genes Xist y Tsix Jeannie Lee et al Harvard Medical School
Nature Genetics 21 400 - 404 (1999)
los genes responsables estaacuten localizados en el XIC (X-inactivation Center)
locus definido por geneacutetica claacutesica
RNA el verdadero inactivador en cis
RNA anti-sense el verdadero activador en cis
hibridizacioacuten in situ de RNA(RNA-FISH)
El RNA Xist recubre a todo el X del cual provino y lo inactiva
El RNA Tsix impide que se sintetice RNA Xist
iquestQueacute marcas epigeneacuteticas adquieren los X como consecuencia del RNA Xist
Chang et al Frontiers in Bioscience 11 852-866 2006
RNA
los claacutesicos
OK la inactivacioacuten de uno de los dos X es debida a genes del XIChellip
pero iquestcuaacutel X es el que se inactivaiquestEs al azar o es parent of origin Experimento mirar expresioacuten de genes Xist y Tsix por RT-PCR sobre RNA de blastocistos pre-impl de dos cepas de ratoacuten distintas (para
aprovechar polimorfismos de longitud en RNA Xist)
en hembras el RNA Xist es igual que el del padre machos no tienen RNA Xist
el RNA Tsix es el de la madre
Conclusioacuten en blastocistos XX pre-implantados el X inactivo es el de origen paterno
Madre Padre M P
F1
iquestQueacute le pasa a la progenie de una madre sin Tsix(KO para Tsix en regioacuten que no afecta al DNA Xist)
Jeannie Lee Harvard
aparece el RNA Xist de la madre
M P M PM P M P
F1F1
Mirando los blastocistos pre-implantacioacuten wt y KOdeteccioacuten de RNA Xist mediante RNA-FISH
estos embriones mutantes knock out tienen problemas de superviviencia se les inactiva el XM quetendriacutea que estar activo
En cambio los mutantes XM XPΔ no tienen problemas porque de todos modos XP estariacutea inactivo
Jeannie Lee HarvardCell 103 17ndash27 (2000)
iquestconsecuencias de este KO en la vida de los ratones
en los pocos embriones XXque sobreviven despueacutes de la implantacioacuten y borroacuten y cuenta nueva se inactiva 1 solo X pero noal azarpreferentemente es en el Xmutado(y en machos sobrevivientesel uacutenico X no se inactiva)
en estas ratonas despueacutes de la implantacioacuten la inactivacioacuten del X no es al azar preferentemente es el X mutado
Modelo sencillo de inactivacioacuten del cromosoma X
metilacioacuten
borroacuten y cuenta nueva
IC = Imprinting Center
Modelo consistente con el cuerpo XY en ceacutelulas germinales masculinas
femenino
muestra que el imprinting de todo el X (antes de la implantacioacuten) se deberia al imprinting de Tsix (en su IC)
modelo integrador que muestra asociacioacuten entre RNAs XistTsix y marcas epigeneacuteticas conocidas
Navarro et alGENES amp DEVELOPMENT (2005) 191474-1484
Tsix induces efficient H3-K4 methylation over the entire XistTsix unit
RNA Tsix
RNA Xist
RNA Xist
RNA Xist
borroacuten y cuenta nueva
Ojometilacioacuten en K4H3 es marca activadora
al azar
origen Paterno
Comprobacioacuten experimental (in vivo) del ldquomodelo del besordquo (Jeannie Lee Science 2006)
ocurrioacutebeso
Xic green Tsix red DAPI bluepara ver resto del nucleo
XX ES cells in vivo
RNA FISH para Xist (rojo) se veEn 1 X solamente
luego de extraer losembriones a distintostiempos (de distintas ratonas prentildeadas) DNA FISH in vitro para ambos X(verde y rojo)
MEFs
Xic DNA green Xist RNA red
Enriquecimiento deK27H3 en cromosoma con Xist RNA
se separan
Modelos de inactivacioacuten al azar del cromosoma X en mamiacuteferos
Enjambre de factores bloqueadores de la inactivacioacuten que quedan finalmente agregados y unidos a 1 solo X
Variable dependiente (output)distribucioacuten de moleacuteculas en cada X
When E = 0 a random walk diffusion is found
The evolution is drastically different for E = 24kT wheredroplets (swarm) of particles are formed ending up in a single cluster overing just one of the two equivalent chromosomes and thus breaking their binding symmetry
Symmetry-Breaking Model for X-Chromosome Inactivation modelo b) del ldquoenjambrerdquo de la diapo anterior mediante simulacioacuten computacional
Mario Nicodemi amp Antonella PriscoPHYSICAL REVIEW LETTERS (2007)
El modelo encaja mejor cuanto menor sea la distancia entre los dos Xs consistente con el modelo intuitivo del beso
Tambieacuten consistente con situacioacuten artificial de 3 X y queda 1 solo activoLa moleacutecula pegajosa de este modelo bien podria ser un activador de Tsix Channnn
Variables independientes a setearbull constante cineacutetica de difusion k de Arrheniusbull E = energiacutea entre moleacuteculas de factor de activacioacuten (valor alto = molec ldquopegajosardquo)bull distancia entre los dos Xbull tiempo
un X el otro X
Y en insectos
es al reveacutes que en mamiferosWeake amp Workman Nature Structural amp Molecular Biology 16 801 - 803 (2009)
hay un complejo proteico acetilador de histonas (HAT) en ceacutelulas de machos que garantiza la doble expresioacuten de genes en el uacutenico cromosoma X para igualar el nivel de expresioacuten en hembras que tienen dos X
Para tener en cuentahellip
bull los genes sujetos a imprinting evaden las oleadas de metilacioacuten y desmetilacioacuten que ocurren en la reprogramacioacuten epigeneacutetica en el desarrollo embrionario en mamiacuteferos
bull El imprinting puede perderse en animales clonados por transferencia nuclear porque se forma un cigoto ldquoparcialmente asexualrdquo que no se originoacute a partir de ambas liacuteneas germinales donde normalmente se establecen las marcas de imprinting
bull Se ha revelado el ldquoimprintomardquo de cerebro de ratoacuten adulto (Gregg et al agosto 2010) cruzas de ratones endocriados de dos diferentes cepas (para aprovechar polimorfismos y asiacute despueacutes rastrear el origen parental) En las criacuteas F1 (heterocigotas) se hizo RNA-seq masiva (pirosecuenciacioacuten de los cDNAs) Se observoacute sesgo en la expresioacuten materna o paterna de 1300 loci
iquestY la ventajas adaptativas del impritingMorison et al Trends Genet 21 457-65 (2005)
Difiacuteciles de explicar pues el imprinting hace perder la obvia ventaja de la diploidiacutea
1) Hay una teoriacutea (Ishino Develop Growth Diff 2010) que sostiene que el imprinting surgioacute en la evolucioacuten como defensa contra retrotransposicioacuten en una de las dos liacuteneas germinales (en ambas hubiera sido letal) Los autores la fundamentan invocando a los
genes parental expressed genes (peg) sujetos a imprinting (tienen DMRs) y asociados a la formacioacuten de la placenta con similitud de secuencia a retrotranposones
2) Hipoacutetesis evolutiva del ldquoConflicto Geneacuteticordquo(ldquocierrardquo para IGF2 pero no para IGF2-r)
En especies que muestran paternidad muacutetiple en 1 evento reproductivo (ldquopoliandriardquo)hellip
bull el padre privilegia su propia paternidad a traveacutes del tamantildeo de su descendencia incluso a expensas de los medio-hermanos Y lo hace transmitiendo epialelos activos de genes que promueven el crecimiento fetal p ej IGF2
bull un intereacutes de la madre es distribuir equitativamente sus recursos en toda su progenie aunque nazcan pequentildeos Y lo hace transmitiendo epialelos inactivos de genes que promueven el crecimiento fetal p ej IGF2
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propensioacuten al tumor de Wilms
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expresioacuten opuesto en cis)
factores especiacutef de liacutenea germ fem metilacioacuten rarr inactivo
no hay factores sin metilar rarr activo
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alelos que no se expresan alelos que se expresan
IC = Imprinting Center
IC = Imprinting Center regioacuten regulatoria bipartita parte 5rsquo (AS-IC) promueve la accioacuten de metilasas parte 3rsquo (PWS-IC) isla CG receptora de esas metilasas
p
iquestPor queacute la expresioacuten excluyente en cis entre SNRPN y UBE3A
No hay un modelo molecular convincente pero probablemente se deba a un aislante transcripcional influido por una DMR
(regioacuten diferencialmente metilada) que actuacutea a distanciade modo similar a lo indicado en el ejemplo 2 (BWS)
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regioacuten en cromosoma 11p15genes IGF2 yH19 regulados por elmismo enhancer atiacutepico ubicado 3rsquo
Ejemplo 2BeckwithndashWiedemann syndrome (BWS) - macroglosia- hepatomegalia- tumor de Wilms
se transmite por viacutea materna
enhancerNormalmente el alelo materno no estaacute metilado rarr CTCF se pega rarr IGF2 no se expresa
En BWS el alelo materno tiene una delecioacuten en DMR rarr CTCF no se pega rarrIGF2 se expresa lo cual explica el tumor de Wilms (sobre-expresioacuten de IGF2 a partir de ambos alelos)
CTCF
CTCF
Normalmente el alelo paterno estaacute metilado rarr CTCF no se pega rarr IGF2 se expresa
CTCF es un aislante transcripcional que se ubica en la DMR (regioacuten diferencialmente metilada)cuando no estaacute metilada e impide la accioacuten a distancia del enhancer sobre IGF2 (CTCF no tiene efecto sobre H19)
Si hay delecioacuten similar en alelo paterno Si hay delecioacuten similar en alelo paterno no causa cambios en la expresioacuten de IGF2 no causa cambios en la expresioacuten de IGF2 porque desaparece la plataforma para el porque desaparece la plataforma para el pegado de CTCF que igual normalmentepegado de CTCF que igual normalmente es inefectiva debido a metilaciones inefectiva debido a metilacion
Ejemplo 3INACTIVACION DEL CROMOSOMA X
en ceacutelulas XX de mamiacuteferos
antecedentes
descubrioacute en 1966 quecorpuacutesculo de (Murray) Barr (1949) es debido a un X como
heterocromatina en ceacutelulas somaacuteticas XX en interfase
sexado en las Olimpiacuteadas (para detectar transexuales XY) the presence of Barr bodies indicates femaleness whereas their absence indicates maleness This test was previously used in the International Olympic Committee Medical Commission in 1968 This test later was replaced by PCR (Y chromosome)
bull cuerpo XY (par XY como heterocromatina [hay recombinacioacuten homoacuteloga entre ellos en cortas regiones]) en ceacutelulas germinales masculinas durante el inicio de la meiosis luego se separan en la primera divisioacuten pero el X sigue heterocromatinizado en las gametas
Mary F Lyon UK (1925-)
Ejemplo 3INACTIVACION DEL CROMOSOMA X
en ceacutelulas XX de mamiacuteferos
bull Placentarios (euterianos)
debida a imprinting hasta el momento de la implantacioacuten (estadiacuteo blastocisto) Despueacutes el imprinting es borrado (excepto en trofoblasto rarr placenta) y la inactivacioacuten es al azar por un mecanismo de conteo o dosajerarr tejidos mosaico
bull No placentarios (metaterianos) p ej canguros hay imprinting de todo el X paterno a lo largo de toda la
embriogeacutenesis que continua en la vida adulta
Genes Xist y Tsix Jeannie Lee et al Harvard Medical School
Nature Genetics 21 400 - 404 (1999)
los genes responsables estaacuten localizados en el XIC (X-inactivation Center)
locus definido por geneacutetica claacutesica
RNA el verdadero inactivador en cis
RNA anti-sense el verdadero activador en cis
hibridizacioacuten in situ de RNA(RNA-FISH)
El RNA Xist recubre a todo el X del cual provino y lo inactiva
El RNA Tsix impide que se sintetice RNA Xist
iquestQueacute marcas epigeneacuteticas adquieren los X como consecuencia del RNA Xist
Chang et al Frontiers in Bioscience 11 852-866 2006
RNA
los claacutesicos
OK la inactivacioacuten de uno de los dos X es debida a genes del XIChellip
pero iquestcuaacutel X es el que se inactivaiquestEs al azar o es parent of origin Experimento mirar expresioacuten de genes Xist y Tsix por RT-PCR sobre RNA de blastocistos pre-impl de dos cepas de ratoacuten distintas (para
aprovechar polimorfismos de longitud en RNA Xist)
en hembras el RNA Xist es igual que el del padre machos no tienen RNA Xist
el RNA Tsix es el de la madre
Conclusioacuten en blastocistos XX pre-implantados el X inactivo es el de origen paterno
Madre Padre M P
F1
iquestQueacute le pasa a la progenie de una madre sin Tsix(KO para Tsix en regioacuten que no afecta al DNA Xist)
Jeannie Lee Harvard
aparece el RNA Xist de la madre
M P M PM P M P
F1F1
Mirando los blastocistos pre-implantacioacuten wt y KOdeteccioacuten de RNA Xist mediante RNA-FISH
estos embriones mutantes knock out tienen problemas de superviviencia se les inactiva el XM quetendriacutea que estar activo
En cambio los mutantes XM XPΔ no tienen problemas porque de todos modos XP estariacutea inactivo
Jeannie Lee HarvardCell 103 17ndash27 (2000)
iquestconsecuencias de este KO en la vida de los ratones
en los pocos embriones XXque sobreviven despueacutes de la implantacioacuten y borroacuten y cuenta nueva se inactiva 1 solo X pero noal azarpreferentemente es en el Xmutado(y en machos sobrevivientesel uacutenico X no se inactiva)
en estas ratonas despueacutes de la implantacioacuten la inactivacioacuten del X no es al azar preferentemente es el X mutado
Modelo sencillo de inactivacioacuten del cromosoma X
metilacioacuten
borroacuten y cuenta nueva
IC = Imprinting Center
Modelo consistente con el cuerpo XY en ceacutelulas germinales masculinas
femenino
muestra que el imprinting de todo el X (antes de la implantacioacuten) se deberia al imprinting de Tsix (en su IC)
modelo integrador que muestra asociacioacuten entre RNAs XistTsix y marcas epigeneacuteticas conocidas
Navarro et alGENES amp DEVELOPMENT (2005) 191474-1484
Tsix induces efficient H3-K4 methylation over the entire XistTsix unit
RNA Tsix
RNA Xist
RNA Xist
RNA Xist
borroacuten y cuenta nueva
Ojometilacioacuten en K4H3 es marca activadora
al azar
origen Paterno
Comprobacioacuten experimental (in vivo) del ldquomodelo del besordquo (Jeannie Lee Science 2006)
ocurrioacutebeso
Xic green Tsix red DAPI bluepara ver resto del nucleo
XX ES cells in vivo
RNA FISH para Xist (rojo) se veEn 1 X solamente
luego de extraer losembriones a distintostiempos (de distintas ratonas prentildeadas) DNA FISH in vitro para ambos X(verde y rojo)
MEFs
Xic DNA green Xist RNA red
Enriquecimiento deK27H3 en cromosoma con Xist RNA
se separan
Modelos de inactivacioacuten al azar del cromosoma X en mamiacuteferos
Enjambre de factores bloqueadores de la inactivacioacuten que quedan finalmente agregados y unidos a 1 solo X
Variable dependiente (output)distribucioacuten de moleacuteculas en cada X
When E = 0 a random walk diffusion is found
The evolution is drastically different for E = 24kT wheredroplets (swarm) of particles are formed ending up in a single cluster overing just one of the two equivalent chromosomes and thus breaking their binding symmetry
Symmetry-Breaking Model for X-Chromosome Inactivation modelo b) del ldquoenjambrerdquo de la diapo anterior mediante simulacioacuten computacional
Mario Nicodemi amp Antonella PriscoPHYSICAL REVIEW LETTERS (2007)
El modelo encaja mejor cuanto menor sea la distancia entre los dos Xs consistente con el modelo intuitivo del beso
Tambieacuten consistente con situacioacuten artificial de 3 X y queda 1 solo activoLa moleacutecula pegajosa de este modelo bien podria ser un activador de Tsix Channnn
Variables independientes a setearbull constante cineacutetica de difusion k de Arrheniusbull E = energiacutea entre moleacuteculas de factor de activacioacuten (valor alto = molec ldquopegajosardquo)bull distancia entre los dos Xbull tiempo
un X el otro X
Y en insectos
es al reveacutes que en mamiferosWeake amp Workman Nature Structural amp Molecular Biology 16 801 - 803 (2009)
hay un complejo proteico acetilador de histonas (HAT) en ceacutelulas de machos que garantiza la doble expresioacuten de genes en el uacutenico cromosoma X para igualar el nivel de expresioacuten en hembras que tienen dos X
Para tener en cuentahellip
bull los genes sujetos a imprinting evaden las oleadas de metilacioacuten y desmetilacioacuten que ocurren en la reprogramacioacuten epigeneacutetica en el desarrollo embrionario en mamiacuteferos
bull El imprinting puede perderse en animales clonados por transferencia nuclear porque se forma un cigoto ldquoparcialmente asexualrdquo que no se originoacute a partir de ambas liacuteneas germinales donde normalmente se establecen las marcas de imprinting
bull Se ha revelado el ldquoimprintomardquo de cerebro de ratoacuten adulto (Gregg et al agosto 2010) cruzas de ratones endocriados de dos diferentes cepas (para aprovechar polimorfismos y asiacute despueacutes rastrear el origen parental) En las criacuteas F1 (heterocigotas) se hizo RNA-seq masiva (pirosecuenciacioacuten de los cDNAs) Se observoacute sesgo en la expresioacuten materna o paterna de 1300 loci
iquestY la ventajas adaptativas del impritingMorison et al Trends Genet 21 457-65 (2005)
Difiacuteciles de explicar pues el imprinting hace perder la obvia ventaja de la diploidiacutea
1) Hay una teoriacutea (Ishino Develop Growth Diff 2010) que sostiene que el imprinting surgioacute en la evolucioacuten como defensa contra retrotransposicioacuten en una de las dos liacuteneas germinales (en ambas hubiera sido letal) Los autores la fundamentan invocando a los
genes parental expressed genes (peg) sujetos a imprinting (tienen DMRs) y asociados a la formacioacuten de la placenta con similitud de secuencia a retrotranposones
2) Hipoacutetesis evolutiva del ldquoConflicto Geneacuteticordquo(ldquocierrardquo para IGF2 pero no para IGF2-r)
En especies que muestran paternidad muacutetiple en 1 evento reproductivo (ldquopoliandriardquo)hellip
bull el padre privilegia su propia paternidad a traveacutes del tamantildeo de su descendencia incluso a expensas de los medio-hermanos Y lo hace transmitiendo epialelos activos de genes que promueven el crecimiento fetal p ej IGF2
bull un intereacutes de la madre es distribuir equitativamente sus recursos en toda su progenie aunque nazcan pequentildeos Y lo hace transmitiendo epialelos inactivos de genes que promueven el crecimiento fetal p ej IGF2
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Ademaacutes en el caso de IGF2 la ausencia de imprinting causariacutea su sobre-expresioacuten y mayor
propensioacuten al tumor de Wilms
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iquestPor queacute la expresioacuten excluyente en cis entre SNRPN y UBE3A
No hay un modelo molecular convincente pero probablemente se deba a un aislante transcripcional influido por una DMR
(regioacuten diferencialmente metilada) que actuacutea a distanciade modo similar a lo indicado en el ejemplo 2 (BWS)
-
regioacuten en cromosoma 11p15genes IGF2 yH19 regulados por elmismo enhancer atiacutepico ubicado 3rsquo
Ejemplo 2BeckwithndashWiedemann syndrome (BWS) - macroglosia- hepatomegalia- tumor de Wilms
se transmite por viacutea materna
enhancerNormalmente el alelo materno no estaacute metilado rarr CTCF se pega rarr IGF2 no se expresa
En BWS el alelo materno tiene una delecioacuten en DMR rarr CTCF no se pega rarrIGF2 se expresa lo cual explica el tumor de Wilms (sobre-expresioacuten de IGF2 a partir de ambos alelos)
CTCF
CTCF
Normalmente el alelo paterno estaacute metilado rarr CTCF no se pega rarr IGF2 se expresa
CTCF es un aislante transcripcional que se ubica en la DMR (regioacuten diferencialmente metilada)cuando no estaacute metilada e impide la accioacuten a distancia del enhancer sobre IGF2 (CTCF no tiene efecto sobre H19)
Si hay delecioacuten similar en alelo paterno Si hay delecioacuten similar en alelo paterno no causa cambios en la expresioacuten de IGF2 no causa cambios en la expresioacuten de IGF2 porque desaparece la plataforma para el porque desaparece la plataforma para el pegado de CTCF que igual normalmentepegado de CTCF que igual normalmente es inefectiva debido a metilaciones inefectiva debido a metilacion
Ejemplo 3INACTIVACION DEL CROMOSOMA X
en ceacutelulas XX de mamiacuteferos
antecedentes
descubrioacute en 1966 quecorpuacutesculo de (Murray) Barr (1949) es debido a un X como
heterocromatina en ceacutelulas somaacuteticas XX en interfase
sexado en las Olimpiacuteadas (para detectar transexuales XY) the presence of Barr bodies indicates femaleness whereas their absence indicates maleness This test was previously used in the International Olympic Committee Medical Commission in 1968 This test later was replaced by PCR (Y chromosome)
bull cuerpo XY (par XY como heterocromatina [hay recombinacioacuten homoacuteloga entre ellos en cortas regiones]) en ceacutelulas germinales masculinas durante el inicio de la meiosis luego se separan en la primera divisioacuten pero el X sigue heterocromatinizado en las gametas
Mary F Lyon UK (1925-)
Ejemplo 3INACTIVACION DEL CROMOSOMA X
en ceacutelulas XX de mamiacuteferos
bull Placentarios (euterianos)
debida a imprinting hasta el momento de la implantacioacuten (estadiacuteo blastocisto) Despueacutes el imprinting es borrado (excepto en trofoblasto rarr placenta) y la inactivacioacuten es al azar por un mecanismo de conteo o dosajerarr tejidos mosaico
bull No placentarios (metaterianos) p ej canguros hay imprinting de todo el X paterno a lo largo de toda la
embriogeacutenesis que continua en la vida adulta
Genes Xist y Tsix Jeannie Lee et al Harvard Medical School
Nature Genetics 21 400 - 404 (1999)
los genes responsables estaacuten localizados en el XIC (X-inactivation Center)
locus definido por geneacutetica claacutesica
RNA el verdadero inactivador en cis
RNA anti-sense el verdadero activador en cis
hibridizacioacuten in situ de RNA(RNA-FISH)
El RNA Xist recubre a todo el X del cual provino y lo inactiva
El RNA Tsix impide que se sintetice RNA Xist
iquestQueacute marcas epigeneacuteticas adquieren los X como consecuencia del RNA Xist
Chang et al Frontiers in Bioscience 11 852-866 2006
RNA
los claacutesicos
OK la inactivacioacuten de uno de los dos X es debida a genes del XIChellip
pero iquestcuaacutel X es el que se inactivaiquestEs al azar o es parent of origin Experimento mirar expresioacuten de genes Xist y Tsix por RT-PCR sobre RNA de blastocistos pre-impl de dos cepas de ratoacuten distintas (para
aprovechar polimorfismos de longitud en RNA Xist)
en hembras el RNA Xist es igual que el del padre machos no tienen RNA Xist
el RNA Tsix es el de la madre
Conclusioacuten en blastocistos XX pre-implantados el X inactivo es el de origen paterno
Madre Padre M P
F1
iquestQueacute le pasa a la progenie de una madre sin Tsix(KO para Tsix en regioacuten que no afecta al DNA Xist)
Jeannie Lee Harvard
aparece el RNA Xist de la madre
M P M PM P M P
F1F1
Mirando los blastocistos pre-implantacioacuten wt y KOdeteccioacuten de RNA Xist mediante RNA-FISH
estos embriones mutantes knock out tienen problemas de superviviencia se les inactiva el XM quetendriacutea que estar activo
En cambio los mutantes XM XPΔ no tienen problemas porque de todos modos XP estariacutea inactivo
Jeannie Lee HarvardCell 103 17ndash27 (2000)
iquestconsecuencias de este KO en la vida de los ratones
en los pocos embriones XXque sobreviven despueacutes de la implantacioacuten y borroacuten y cuenta nueva se inactiva 1 solo X pero noal azarpreferentemente es en el Xmutado(y en machos sobrevivientesel uacutenico X no se inactiva)
en estas ratonas despueacutes de la implantacioacuten la inactivacioacuten del X no es al azar preferentemente es el X mutado
Modelo sencillo de inactivacioacuten del cromosoma X
metilacioacuten
borroacuten y cuenta nueva
IC = Imprinting Center
Modelo consistente con el cuerpo XY en ceacutelulas germinales masculinas
femenino
muestra que el imprinting de todo el X (antes de la implantacioacuten) se deberia al imprinting de Tsix (en su IC)
modelo integrador que muestra asociacioacuten entre RNAs XistTsix y marcas epigeneacuteticas conocidas
Navarro et alGENES amp DEVELOPMENT (2005) 191474-1484
Tsix induces efficient H3-K4 methylation over the entire XistTsix unit
RNA Tsix
RNA Xist
RNA Xist
RNA Xist
borroacuten y cuenta nueva
Ojometilacioacuten en K4H3 es marca activadora
al azar
origen Paterno
Comprobacioacuten experimental (in vivo) del ldquomodelo del besordquo (Jeannie Lee Science 2006)
ocurrioacutebeso
Xic green Tsix red DAPI bluepara ver resto del nucleo
XX ES cells in vivo
RNA FISH para Xist (rojo) se veEn 1 X solamente
luego de extraer losembriones a distintostiempos (de distintas ratonas prentildeadas) DNA FISH in vitro para ambos X(verde y rojo)
MEFs
Xic DNA green Xist RNA red
Enriquecimiento deK27H3 en cromosoma con Xist RNA
se separan
Modelos de inactivacioacuten al azar del cromosoma X en mamiacuteferos
Enjambre de factores bloqueadores de la inactivacioacuten que quedan finalmente agregados y unidos a 1 solo X
Variable dependiente (output)distribucioacuten de moleacuteculas en cada X
When E = 0 a random walk diffusion is found
The evolution is drastically different for E = 24kT wheredroplets (swarm) of particles are formed ending up in a single cluster overing just one of the two equivalent chromosomes and thus breaking their binding symmetry
Symmetry-Breaking Model for X-Chromosome Inactivation modelo b) del ldquoenjambrerdquo de la diapo anterior mediante simulacioacuten computacional
Mario Nicodemi amp Antonella PriscoPHYSICAL REVIEW LETTERS (2007)
El modelo encaja mejor cuanto menor sea la distancia entre los dos Xs consistente con el modelo intuitivo del beso
Tambieacuten consistente con situacioacuten artificial de 3 X y queda 1 solo activoLa moleacutecula pegajosa de este modelo bien podria ser un activador de Tsix Channnn
Variables independientes a setearbull constante cineacutetica de difusion k de Arrheniusbull E = energiacutea entre moleacuteculas de factor de activacioacuten (valor alto = molec ldquopegajosardquo)bull distancia entre los dos Xbull tiempo
un X el otro X
Y en insectos
es al reveacutes que en mamiferosWeake amp Workman Nature Structural amp Molecular Biology 16 801 - 803 (2009)
hay un complejo proteico acetilador de histonas (HAT) en ceacutelulas de machos que garantiza la doble expresioacuten de genes en el uacutenico cromosoma X para igualar el nivel de expresioacuten en hembras que tienen dos X
Para tener en cuentahellip
bull los genes sujetos a imprinting evaden las oleadas de metilacioacuten y desmetilacioacuten que ocurren en la reprogramacioacuten epigeneacutetica en el desarrollo embrionario en mamiacuteferos
bull El imprinting puede perderse en animales clonados por transferencia nuclear porque se forma un cigoto ldquoparcialmente asexualrdquo que no se originoacute a partir de ambas liacuteneas germinales donde normalmente se establecen las marcas de imprinting
bull Se ha revelado el ldquoimprintomardquo de cerebro de ratoacuten adulto (Gregg et al agosto 2010) cruzas de ratones endocriados de dos diferentes cepas (para aprovechar polimorfismos y asiacute despueacutes rastrear el origen parental) En las criacuteas F1 (heterocigotas) se hizo RNA-seq masiva (pirosecuenciacioacuten de los cDNAs) Se observoacute sesgo en la expresioacuten materna o paterna de 1300 loci
iquestY la ventajas adaptativas del impritingMorison et al Trends Genet 21 457-65 (2005)
Difiacuteciles de explicar pues el imprinting hace perder la obvia ventaja de la diploidiacutea
1) Hay una teoriacutea (Ishino Develop Growth Diff 2010) que sostiene que el imprinting surgioacute en la evolucioacuten como defensa contra retrotransposicioacuten en una de las dos liacuteneas germinales (en ambas hubiera sido letal) Los autores la fundamentan invocando a los
genes parental expressed genes (peg) sujetos a imprinting (tienen DMRs) y asociados a la formacioacuten de la placenta con similitud de secuencia a retrotranposones
2) Hipoacutetesis evolutiva del ldquoConflicto Geneacuteticordquo(ldquocierrardquo para IGF2 pero no para IGF2-r)
En especies que muestran paternidad muacutetiple en 1 evento reproductivo (ldquopoliandriardquo)hellip
bull el padre privilegia su propia paternidad a traveacutes del tamantildeo de su descendencia incluso a expensas de los medio-hermanos Y lo hace transmitiendo epialelos activos de genes que promueven el crecimiento fetal p ej IGF2
bull un intereacutes de la madre es distribuir equitativamente sus recursos en toda su progenie aunque nazcan pequentildeos Y lo hace transmitiendo epialelos inactivos de genes que promueven el crecimiento fetal p ej IGF2
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Ademaacutes en el caso de IGF2 la ausencia de imprinting causariacutea su sobre-expresioacuten y mayor
propensioacuten al tumor de Wilms
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regioacuten en cromosoma 11p15genes IGF2 yH19 regulados por elmismo enhancer atiacutepico ubicado 3rsquo
Ejemplo 2BeckwithndashWiedemann syndrome (BWS) - macroglosia- hepatomegalia- tumor de Wilms
se transmite por viacutea materna
enhancerNormalmente el alelo materno no estaacute metilado rarr CTCF se pega rarr IGF2 no se expresa
En BWS el alelo materno tiene una delecioacuten en DMR rarr CTCF no se pega rarrIGF2 se expresa lo cual explica el tumor de Wilms (sobre-expresioacuten de IGF2 a partir de ambos alelos)
CTCF
CTCF
Normalmente el alelo paterno estaacute metilado rarr CTCF no se pega rarr IGF2 se expresa
CTCF es un aislante transcripcional que se ubica en la DMR (regioacuten diferencialmente metilada)cuando no estaacute metilada e impide la accioacuten a distancia del enhancer sobre IGF2 (CTCF no tiene efecto sobre H19)
Si hay delecioacuten similar en alelo paterno Si hay delecioacuten similar en alelo paterno no causa cambios en la expresioacuten de IGF2 no causa cambios en la expresioacuten de IGF2 porque desaparece la plataforma para el porque desaparece la plataforma para el pegado de CTCF que igual normalmentepegado de CTCF que igual normalmente es inefectiva debido a metilaciones inefectiva debido a metilacion
Ejemplo 3INACTIVACION DEL CROMOSOMA X
en ceacutelulas XX de mamiacuteferos
antecedentes
descubrioacute en 1966 quecorpuacutesculo de (Murray) Barr (1949) es debido a un X como
heterocromatina en ceacutelulas somaacuteticas XX en interfase
sexado en las Olimpiacuteadas (para detectar transexuales XY) the presence of Barr bodies indicates femaleness whereas their absence indicates maleness This test was previously used in the International Olympic Committee Medical Commission in 1968 This test later was replaced by PCR (Y chromosome)
bull cuerpo XY (par XY como heterocromatina [hay recombinacioacuten homoacuteloga entre ellos en cortas regiones]) en ceacutelulas germinales masculinas durante el inicio de la meiosis luego se separan en la primera divisioacuten pero el X sigue heterocromatinizado en las gametas
Mary F Lyon UK (1925-)
Ejemplo 3INACTIVACION DEL CROMOSOMA X
en ceacutelulas XX de mamiacuteferos
bull Placentarios (euterianos)
debida a imprinting hasta el momento de la implantacioacuten (estadiacuteo blastocisto) Despueacutes el imprinting es borrado (excepto en trofoblasto rarr placenta) y la inactivacioacuten es al azar por un mecanismo de conteo o dosajerarr tejidos mosaico
bull No placentarios (metaterianos) p ej canguros hay imprinting de todo el X paterno a lo largo de toda la
embriogeacutenesis que continua en la vida adulta
Genes Xist y Tsix Jeannie Lee et al Harvard Medical School
Nature Genetics 21 400 - 404 (1999)
los genes responsables estaacuten localizados en el XIC (X-inactivation Center)
locus definido por geneacutetica claacutesica
RNA el verdadero inactivador en cis
RNA anti-sense el verdadero activador en cis
hibridizacioacuten in situ de RNA(RNA-FISH)
El RNA Xist recubre a todo el X del cual provino y lo inactiva
El RNA Tsix impide que se sintetice RNA Xist
iquestQueacute marcas epigeneacuteticas adquieren los X como consecuencia del RNA Xist
Chang et al Frontiers in Bioscience 11 852-866 2006
RNA
los claacutesicos
OK la inactivacioacuten de uno de los dos X es debida a genes del XIChellip
pero iquestcuaacutel X es el que se inactivaiquestEs al azar o es parent of origin Experimento mirar expresioacuten de genes Xist y Tsix por RT-PCR sobre RNA de blastocistos pre-impl de dos cepas de ratoacuten distintas (para
aprovechar polimorfismos de longitud en RNA Xist)
en hembras el RNA Xist es igual que el del padre machos no tienen RNA Xist
el RNA Tsix es el de la madre
Conclusioacuten en blastocistos XX pre-implantados el X inactivo es el de origen paterno
Madre Padre M P
F1
iquestQueacute le pasa a la progenie de una madre sin Tsix(KO para Tsix en regioacuten que no afecta al DNA Xist)
Jeannie Lee Harvard
aparece el RNA Xist de la madre
M P M PM P M P
F1F1
Mirando los blastocistos pre-implantacioacuten wt y KOdeteccioacuten de RNA Xist mediante RNA-FISH
estos embriones mutantes knock out tienen problemas de superviviencia se les inactiva el XM quetendriacutea que estar activo
En cambio los mutantes XM XPΔ no tienen problemas porque de todos modos XP estariacutea inactivo
Jeannie Lee HarvardCell 103 17ndash27 (2000)
iquestconsecuencias de este KO en la vida de los ratones
en los pocos embriones XXque sobreviven despueacutes de la implantacioacuten y borroacuten y cuenta nueva se inactiva 1 solo X pero noal azarpreferentemente es en el Xmutado(y en machos sobrevivientesel uacutenico X no se inactiva)
en estas ratonas despueacutes de la implantacioacuten la inactivacioacuten del X no es al azar preferentemente es el X mutado
Modelo sencillo de inactivacioacuten del cromosoma X
metilacioacuten
borroacuten y cuenta nueva
IC = Imprinting Center
Modelo consistente con el cuerpo XY en ceacutelulas germinales masculinas
femenino
muestra que el imprinting de todo el X (antes de la implantacioacuten) se deberia al imprinting de Tsix (en su IC)
modelo integrador que muestra asociacioacuten entre RNAs XistTsix y marcas epigeneacuteticas conocidas
Navarro et alGENES amp DEVELOPMENT (2005) 191474-1484
Tsix induces efficient H3-K4 methylation over the entire XistTsix unit
RNA Tsix
RNA Xist
RNA Xist
RNA Xist
borroacuten y cuenta nueva
Ojometilacioacuten en K4H3 es marca activadora
al azar
origen Paterno
Comprobacioacuten experimental (in vivo) del ldquomodelo del besordquo (Jeannie Lee Science 2006)
ocurrioacutebeso
Xic green Tsix red DAPI bluepara ver resto del nucleo
XX ES cells in vivo
RNA FISH para Xist (rojo) se veEn 1 X solamente
luego de extraer losembriones a distintostiempos (de distintas ratonas prentildeadas) DNA FISH in vitro para ambos X(verde y rojo)
MEFs
Xic DNA green Xist RNA red
Enriquecimiento deK27H3 en cromosoma con Xist RNA
se separan
Modelos de inactivacioacuten al azar del cromosoma X en mamiacuteferos
Enjambre de factores bloqueadores de la inactivacioacuten que quedan finalmente agregados y unidos a 1 solo X
Variable dependiente (output)distribucioacuten de moleacuteculas en cada X
When E = 0 a random walk diffusion is found
The evolution is drastically different for E = 24kT wheredroplets (swarm) of particles are formed ending up in a single cluster overing just one of the two equivalent chromosomes and thus breaking their binding symmetry
Symmetry-Breaking Model for X-Chromosome Inactivation modelo b) del ldquoenjambrerdquo de la diapo anterior mediante simulacioacuten computacional
Mario Nicodemi amp Antonella PriscoPHYSICAL REVIEW LETTERS (2007)
El modelo encaja mejor cuanto menor sea la distancia entre los dos Xs consistente con el modelo intuitivo del beso
Tambieacuten consistente con situacioacuten artificial de 3 X y queda 1 solo activoLa moleacutecula pegajosa de este modelo bien podria ser un activador de Tsix Channnn
Variables independientes a setearbull constante cineacutetica de difusion k de Arrheniusbull E = energiacutea entre moleacuteculas de factor de activacioacuten (valor alto = molec ldquopegajosardquo)bull distancia entre los dos Xbull tiempo
un X el otro X
Y en insectos
es al reveacutes que en mamiferosWeake amp Workman Nature Structural amp Molecular Biology 16 801 - 803 (2009)
hay un complejo proteico acetilador de histonas (HAT) en ceacutelulas de machos que garantiza la doble expresioacuten de genes en el uacutenico cromosoma X para igualar el nivel de expresioacuten en hembras que tienen dos X
Para tener en cuentahellip
bull los genes sujetos a imprinting evaden las oleadas de metilacioacuten y desmetilacioacuten que ocurren en la reprogramacioacuten epigeneacutetica en el desarrollo embrionario en mamiacuteferos
bull El imprinting puede perderse en animales clonados por transferencia nuclear porque se forma un cigoto ldquoparcialmente asexualrdquo que no se originoacute a partir de ambas liacuteneas germinales donde normalmente se establecen las marcas de imprinting
bull Se ha revelado el ldquoimprintomardquo de cerebro de ratoacuten adulto (Gregg et al agosto 2010) cruzas de ratones endocriados de dos diferentes cepas (para aprovechar polimorfismos y asiacute despueacutes rastrear el origen parental) En las criacuteas F1 (heterocigotas) se hizo RNA-seq masiva (pirosecuenciacioacuten de los cDNAs) Se observoacute sesgo en la expresioacuten materna o paterna de 1300 loci
iquestY la ventajas adaptativas del impritingMorison et al Trends Genet 21 457-65 (2005)
Difiacuteciles de explicar pues el imprinting hace perder la obvia ventaja de la diploidiacutea
1) Hay una teoriacutea (Ishino Develop Growth Diff 2010) que sostiene que el imprinting surgioacute en la evolucioacuten como defensa contra retrotransposicioacuten en una de las dos liacuteneas germinales (en ambas hubiera sido letal) Los autores la fundamentan invocando a los
genes parental expressed genes (peg) sujetos a imprinting (tienen DMRs) y asociados a la formacioacuten de la placenta con similitud de secuencia a retrotranposones
2) Hipoacutetesis evolutiva del ldquoConflicto Geneacuteticordquo(ldquocierrardquo para IGF2 pero no para IGF2-r)
En especies que muestran paternidad muacutetiple en 1 evento reproductivo (ldquopoliandriardquo)hellip
bull el padre privilegia su propia paternidad a traveacutes del tamantildeo de su descendencia incluso a expensas de los medio-hermanos Y lo hace transmitiendo epialelos activos de genes que promueven el crecimiento fetal p ej IGF2
bull un intereacutes de la madre es distribuir equitativamente sus recursos en toda su progenie aunque nazcan pequentildeos Y lo hace transmitiendo epialelos inactivos de genes que promueven el crecimiento fetal p ej IGF2
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propensioacuten al tumor de Wilms
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Ejemplo 3INACTIVACION DEL CROMOSOMA X
en ceacutelulas XX de mamiacuteferos
antecedentes
descubrioacute en 1966 quecorpuacutesculo de (Murray) Barr (1949) es debido a un X como
heterocromatina en ceacutelulas somaacuteticas XX en interfase
sexado en las Olimpiacuteadas (para detectar transexuales XY) the presence of Barr bodies indicates femaleness whereas their absence indicates maleness This test was previously used in the International Olympic Committee Medical Commission in 1968 This test later was replaced by PCR (Y chromosome)
bull cuerpo XY (par XY como heterocromatina [hay recombinacioacuten homoacuteloga entre ellos en cortas regiones]) en ceacutelulas germinales masculinas durante el inicio de la meiosis luego se separan en la primera divisioacuten pero el X sigue heterocromatinizado en las gametas
Mary F Lyon UK (1925-)
Ejemplo 3INACTIVACION DEL CROMOSOMA X
en ceacutelulas XX de mamiacuteferos
bull Placentarios (euterianos)
debida a imprinting hasta el momento de la implantacioacuten (estadiacuteo blastocisto) Despueacutes el imprinting es borrado (excepto en trofoblasto rarr placenta) y la inactivacioacuten es al azar por un mecanismo de conteo o dosajerarr tejidos mosaico
bull No placentarios (metaterianos) p ej canguros hay imprinting de todo el X paterno a lo largo de toda la
embriogeacutenesis que continua en la vida adulta
Genes Xist y Tsix Jeannie Lee et al Harvard Medical School
Nature Genetics 21 400 - 404 (1999)
los genes responsables estaacuten localizados en el XIC (X-inactivation Center)
locus definido por geneacutetica claacutesica
RNA el verdadero inactivador en cis
RNA anti-sense el verdadero activador en cis
hibridizacioacuten in situ de RNA(RNA-FISH)
El RNA Xist recubre a todo el X del cual provino y lo inactiva
El RNA Tsix impide que se sintetice RNA Xist
iquestQueacute marcas epigeneacuteticas adquieren los X como consecuencia del RNA Xist
Chang et al Frontiers in Bioscience 11 852-866 2006
RNA
los claacutesicos
OK la inactivacioacuten de uno de los dos X es debida a genes del XIChellip
pero iquestcuaacutel X es el que se inactivaiquestEs al azar o es parent of origin Experimento mirar expresioacuten de genes Xist y Tsix por RT-PCR sobre RNA de blastocistos pre-impl de dos cepas de ratoacuten distintas (para
aprovechar polimorfismos de longitud en RNA Xist)
en hembras el RNA Xist es igual que el del padre machos no tienen RNA Xist
el RNA Tsix es el de la madre
Conclusioacuten en blastocistos XX pre-implantados el X inactivo es el de origen paterno
Madre Padre M P
F1
iquestQueacute le pasa a la progenie de una madre sin Tsix(KO para Tsix en regioacuten que no afecta al DNA Xist)
Jeannie Lee Harvard
aparece el RNA Xist de la madre
M P M PM P M P
F1F1
Mirando los blastocistos pre-implantacioacuten wt y KOdeteccioacuten de RNA Xist mediante RNA-FISH
estos embriones mutantes knock out tienen problemas de superviviencia se les inactiva el XM quetendriacutea que estar activo
En cambio los mutantes XM XPΔ no tienen problemas porque de todos modos XP estariacutea inactivo
Jeannie Lee HarvardCell 103 17ndash27 (2000)
iquestconsecuencias de este KO en la vida de los ratones
en los pocos embriones XXque sobreviven despueacutes de la implantacioacuten y borroacuten y cuenta nueva se inactiva 1 solo X pero noal azarpreferentemente es en el Xmutado(y en machos sobrevivientesel uacutenico X no se inactiva)
en estas ratonas despueacutes de la implantacioacuten la inactivacioacuten del X no es al azar preferentemente es el X mutado
Modelo sencillo de inactivacioacuten del cromosoma X
metilacioacuten
borroacuten y cuenta nueva
IC = Imprinting Center
Modelo consistente con el cuerpo XY en ceacutelulas germinales masculinas
femenino
muestra que el imprinting de todo el X (antes de la implantacioacuten) se deberia al imprinting de Tsix (en su IC)
modelo integrador que muestra asociacioacuten entre RNAs XistTsix y marcas epigeneacuteticas conocidas
Navarro et alGENES amp DEVELOPMENT (2005) 191474-1484
Tsix induces efficient H3-K4 methylation over the entire XistTsix unit
RNA Tsix
RNA Xist
RNA Xist
RNA Xist
borroacuten y cuenta nueva
Ojometilacioacuten en K4H3 es marca activadora
al azar
origen Paterno
Comprobacioacuten experimental (in vivo) del ldquomodelo del besordquo (Jeannie Lee Science 2006)
ocurrioacutebeso
Xic green Tsix red DAPI bluepara ver resto del nucleo
XX ES cells in vivo
RNA FISH para Xist (rojo) se veEn 1 X solamente
luego de extraer losembriones a distintostiempos (de distintas ratonas prentildeadas) DNA FISH in vitro para ambos X(verde y rojo)
MEFs
Xic DNA green Xist RNA red
Enriquecimiento deK27H3 en cromosoma con Xist RNA
se separan
Modelos de inactivacioacuten al azar del cromosoma X en mamiacuteferos
Enjambre de factores bloqueadores de la inactivacioacuten que quedan finalmente agregados y unidos a 1 solo X
Variable dependiente (output)distribucioacuten de moleacuteculas en cada X
When E = 0 a random walk diffusion is found
The evolution is drastically different for E = 24kT wheredroplets (swarm) of particles are formed ending up in a single cluster overing just one of the two equivalent chromosomes and thus breaking their binding symmetry
Symmetry-Breaking Model for X-Chromosome Inactivation modelo b) del ldquoenjambrerdquo de la diapo anterior mediante simulacioacuten computacional
Mario Nicodemi amp Antonella PriscoPHYSICAL REVIEW LETTERS (2007)
El modelo encaja mejor cuanto menor sea la distancia entre los dos Xs consistente con el modelo intuitivo del beso
Tambieacuten consistente con situacioacuten artificial de 3 X y queda 1 solo activoLa moleacutecula pegajosa de este modelo bien podria ser un activador de Tsix Channnn
Variables independientes a setearbull constante cineacutetica de difusion k de Arrheniusbull E = energiacutea entre moleacuteculas de factor de activacioacuten (valor alto = molec ldquopegajosardquo)bull distancia entre los dos Xbull tiempo
un X el otro X
Y en insectos
es al reveacutes que en mamiferosWeake amp Workman Nature Structural amp Molecular Biology 16 801 - 803 (2009)
hay un complejo proteico acetilador de histonas (HAT) en ceacutelulas de machos que garantiza la doble expresioacuten de genes en el uacutenico cromosoma X para igualar el nivel de expresioacuten en hembras que tienen dos X
Para tener en cuentahellip
bull los genes sujetos a imprinting evaden las oleadas de metilacioacuten y desmetilacioacuten que ocurren en la reprogramacioacuten epigeneacutetica en el desarrollo embrionario en mamiacuteferos
bull El imprinting puede perderse en animales clonados por transferencia nuclear porque se forma un cigoto ldquoparcialmente asexualrdquo que no se originoacute a partir de ambas liacuteneas germinales donde normalmente se establecen las marcas de imprinting
bull Se ha revelado el ldquoimprintomardquo de cerebro de ratoacuten adulto (Gregg et al agosto 2010) cruzas de ratones endocriados de dos diferentes cepas (para aprovechar polimorfismos y asiacute despueacutes rastrear el origen parental) En las criacuteas F1 (heterocigotas) se hizo RNA-seq masiva (pirosecuenciacioacuten de los cDNAs) Se observoacute sesgo en la expresioacuten materna o paterna de 1300 loci
iquestY la ventajas adaptativas del impritingMorison et al Trends Genet 21 457-65 (2005)
Difiacuteciles de explicar pues el imprinting hace perder la obvia ventaja de la diploidiacutea
1) Hay una teoriacutea (Ishino Develop Growth Diff 2010) que sostiene que el imprinting surgioacute en la evolucioacuten como defensa contra retrotransposicioacuten en una de las dos liacuteneas germinales (en ambas hubiera sido letal) Los autores la fundamentan invocando a los
genes parental expressed genes (peg) sujetos a imprinting (tienen DMRs) y asociados a la formacioacuten de la placenta con similitud de secuencia a retrotranposones
2) Hipoacutetesis evolutiva del ldquoConflicto Geneacuteticordquo(ldquocierrardquo para IGF2 pero no para IGF2-r)
En especies que muestran paternidad muacutetiple en 1 evento reproductivo (ldquopoliandriardquo)hellip
bull el padre privilegia su propia paternidad a traveacutes del tamantildeo de su descendencia incluso a expensas de los medio-hermanos Y lo hace transmitiendo epialelos activos de genes que promueven el crecimiento fetal p ej IGF2
bull un intereacutes de la madre es distribuir equitativamente sus recursos en toda su progenie aunque nazcan pequentildeos Y lo hace transmitiendo epialelos inactivos de genes que promueven el crecimiento fetal p ej IGF2
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Ademaacutes en el caso de IGF2 la ausencia de imprinting causariacutea su sobre-expresioacuten y mayor
propensioacuten al tumor de Wilms
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Ejemplo 3INACTIVACION DEL CROMOSOMA X
en ceacutelulas XX de mamiacuteferos
bull Placentarios (euterianos)
debida a imprinting hasta el momento de la implantacioacuten (estadiacuteo blastocisto) Despueacutes el imprinting es borrado (excepto en trofoblasto rarr placenta) y la inactivacioacuten es al azar por un mecanismo de conteo o dosajerarr tejidos mosaico
bull No placentarios (metaterianos) p ej canguros hay imprinting de todo el X paterno a lo largo de toda la
embriogeacutenesis que continua en la vida adulta
Genes Xist y Tsix Jeannie Lee et al Harvard Medical School
Nature Genetics 21 400 - 404 (1999)
los genes responsables estaacuten localizados en el XIC (X-inactivation Center)
locus definido por geneacutetica claacutesica
RNA el verdadero inactivador en cis
RNA anti-sense el verdadero activador en cis
hibridizacioacuten in situ de RNA(RNA-FISH)
El RNA Xist recubre a todo el X del cual provino y lo inactiva
El RNA Tsix impide que se sintetice RNA Xist
iquestQueacute marcas epigeneacuteticas adquieren los X como consecuencia del RNA Xist
Chang et al Frontiers in Bioscience 11 852-866 2006
RNA
los claacutesicos
OK la inactivacioacuten de uno de los dos X es debida a genes del XIChellip
pero iquestcuaacutel X es el que se inactivaiquestEs al azar o es parent of origin Experimento mirar expresioacuten de genes Xist y Tsix por RT-PCR sobre RNA de blastocistos pre-impl de dos cepas de ratoacuten distintas (para
aprovechar polimorfismos de longitud en RNA Xist)
en hembras el RNA Xist es igual que el del padre machos no tienen RNA Xist
el RNA Tsix es el de la madre
Conclusioacuten en blastocistos XX pre-implantados el X inactivo es el de origen paterno
Madre Padre M P
F1
iquestQueacute le pasa a la progenie de una madre sin Tsix(KO para Tsix en regioacuten que no afecta al DNA Xist)
Jeannie Lee Harvard
aparece el RNA Xist de la madre
M P M PM P M P
F1F1
Mirando los blastocistos pre-implantacioacuten wt y KOdeteccioacuten de RNA Xist mediante RNA-FISH
estos embriones mutantes knock out tienen problemas de superviviencia se les inactiva el XM quetendriacutea que estar activo
En cambio los mutantes XM XPΔ no tienen problemas porque de todos modos XP estariacutea inactivo
Jeannie Lee HarvardCell 103 17ndash27 (2000)
iquestconsecuencias de este KO en la vida de los ratones
en los pocos embriones XXque sobreviven despueacutes de la implantacioacuten y borroacuten y cuenta nueva se inactiva 1 solo X pero noal azarpreferentemente es en el Xmutado(y en machos sobrevivientesel uacutenico X no se inactiva)
en estas ratonas despueacutes de la implantacioacuten la inactivacioacuten del X no es al azar preferentemente es el X mutado
Modelo sencillo de inactivacioacuten del cromosoma X
metilacioacuten
borroacuten y cuenta nueva
IC = Imprinting Center
Modelo consistente con el cuerpo XY en ceacutelulas germinales masculinas
femenino
muestra que el imprinting de todo el X (antes de la implantacioacuten) se deberia al imprinting de Tsix (en su IC)
modelo integrador que muestra asociacioacuten entre RNAs XistTsix y marcas epigeneacuteticas conocidas
Navarro et alGENES amp DEVELOPMENT (2005) 191474-1484
Tsix induces efficient H3-K4 methylation over the entire XistTsix unit
RNA Tsix
RNA Xist
RNA Xist
RNA Xist
borroacuten y cuenta nueva
Ojometilacioacuten en K4H3 es marca activadora
al azar
origen Paterno
Comprobacioacuten experimental (in vivo) del ldquomodelo del besordquo (Jeannie Lee Science 2006)
ocurrioacutebeso
Xic green Tsix red DAPI bluepara ver resto del nucleo
XX ES cells in vivo
RNA FISH para Xist (rojo) se veEn 1 X solamente
luego de extraer losembriones a distintostiempos (de distintas ratonas prentildeadas) DNA FISH in vitro para ambos X(verde y rojo)
MEFs
Xic DNA green Xist RNA red
Enriquecimiento deK27H3 en cromosoma con Xist RNA
se separan
Modelos de inactivacioacuten al azar del cromosoma X en mamiacuteferos
Enjambre de factores bloqueadores de la inactivacioacuten que quedan finalmente agregados y unidos a 1 solo X
Variable dependiente (output)distribucioacuten de moleacuteculas en cada X
When E = 0 a random walk diffusion is found
The evolution is drastically different for E = 24kT wheredroplets (swarm) of particles are formed ending up in a single cluster overing just one of the two equivalent chromosomes and thus breaking their binding symmetry
Symmetry-Breaking Model for X-Chromosome Inactivation modelo b) del ldquoenjambrerdquo de la diapo anterior mediante simulacioacuten computacional
Mario Nicodemi amp Antonella PriscoPHYSICAL REVIEW LETTERS (2007)
El modelo encaja mejor cuanto menor sea la distancia entre los dos Xs consistente con el modelo intuitivo del beso
Tambieacuten consistente con situacioacuten artificial de 3 X y queda 1 solo activoLa moleacutecula pegajosa de este modelo bien podria ser un activador de Tsix Channnn
Variables independientes a setearbull constante cineacutetica de difusion k de Arrheniusbull E = energiacutea entre moleacuteculas de factor de activacioacuten (valor alto = molec ldquopegajosardquo)bull distancia entre los dos Xbull tiempo
un X el otro X
Y en insectos
es al reveacutes que en mamiferosWeake amp Workman Nature Structural amp Molecular Biology 16 801 - 803 (2009)
hay un complejo proteico acetilador de histonas (HAT) en ceacutelulas de machos que garantiza la doble expresioacuten de genes en el uacutenico cromosoma X para igualar el nivel de expresioacuten en hembras que tienen dos X
Para tener en cuentahellip
bull los genes sujetos a imprinting evaden las oleadas de metilacioacuten y desmetilacioacuten que ocurren en la reprogramacioacuten epigeneacutetica en el desarrollo embrionario en mamiacuteferos
bull El imprinting puede perderse en animales clonados por transferencia nuclear porque se forma un cigoto ldquoparcialmente asexualrdquo que no se originoacute a partir de ambas liacuteneas germinales donde normalmente se establecen las marcas de imprinting
bull Se ha revelado el ldquoimprintomardquo de cerebro de ratoacuten adulto (Gregg et al agosto 2010) cruzas de ratones endocriados de dos diferentes cepas (para aprovechar polimorfismos y asiacute despueacutes rastrear el origen parental) En las criacuteas F1 (heterocigotas) se hizo RNA-seq masiva (pirosecuenciacioacuten de los cDNAs) Se observoacute sesgo en la expresioacuten materna o paterna de 1300 loci
iquestY la ventajas adaptativas del impritingMorison et al Trends Genet 21 457-65 (2005)
Difiacuteciles de explicar pues el imprinting hace perder la obvia ventaja de la diploidiacutea
1) Hay una teoriacutea (Ishino Develop Growth Diff 2010) que sostiene que el imprinting surgioacute en la evolucioacuten como defensa contra retrotransposicioacuten en una de las dos liacuteneas germinales (en ambas hubiera sido letal) Los autores la fundamentan invocando a los
genes parental expressed genes (peg) sujetos a imprinting (tienen DMRs) y asociados a la formacioacuten de la placenta con similitud de secuencia a retrotranposones
2) Hipoacutetesis evolutiva del ldquoConflicto Geneacuteticordquo(ldquocierrardquo para IGF2 pero no para IGF2-r)
En especies que muestran paternidad muacutetiple en 1 evento reproductivo (ldquopoliandriardquo)hellip
bull el padre privilegia su propia paternidad a traveacutes del tamantildeo de su descendencia incluso a expensas de los medio-hermanos Y lo hace transmitiendo epialelos activos de genes que promueven el crecimiento fetal p ej IGF2
bull un intereacutes de la madre es distribuir equitativamente sus recursos en toda su progenie aunque nazcan pequentildeos Y lo hace transmitiendo epialelos inactivos de genes que promueven el crecimiento fetal p ej IGF2
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propensioacuten al tumor de Wilms
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Genes Xist y Tsix Jeannie Lee et al Harvard Medical School
Nature Genetics 21 400 - 404 (1999)
los genes responsables estaacuten localizados en el XIC (X-inactivation Center)
locus definido por geneacutetica claacutesica
RNA el verdadero inactivador en cis
RNA anti-sense el verdadero activador en cis
hibridizacioacuten in situ de RNA(RNA-FISH)
El RNA Xist recubre a todo el X del cual provino y lo inactiva
El RNA Tsix impide que se sintetice RNA Xist
iquestQueacute marcas epigeneacuteticas adquieren los X como consecuencia del RNA Xist
Chang et al Frontiers in Bioscience 11 852-866 2006
RNA
los claacutesicos
OK la inactivacioacuten de uno de los dos X es debida a genes del XIChellip
pero iquestcuaacutel X es el que se inactivaiquestEs al azar o es parent of origin Experimento mirar expresioacuten de genes Xist y Tsix por RT-PCR sobre RNA de blastocistos pre-impl de dos cepas de ratoacuten distintas (para
aprovechar polimorfismos de longitud en RNA Xist)
en hembras el RNA Xist es igual que el del padre machos no tienen RNA Xist
el RNA Tsix es el de la madre
Conclusioacuten en blastocistos XX pre-implantados el X inactivo es el de origen paterno
Madre Padre M P
F1
iquestQueacute le pasa a la progenie de una madre sin Tsix(KO para Tsix en regioacuten que no afecta al DNA Xist)
Jeannie Lee Harvard
aparece el RNA Xist de la madre
M P M PM P M P
F1F1
Mirando los blastocistos pre-implantacioacuten wt y KOdeteccioacuten de RNA Xist mediante RNA-FISH
estos embriones mutantes knock out tienen problemas de superviviencia se les inactiva el XM quetendriacutea que estar activo
En cambio los mutantes XM XPΔ no tienen problemas porque de todos modos XP estariacutea inactivo
Jeannie Lee HarvardCell 103 17ndash27 (2000)
iquestconsecuencias de este KO en la vida de los ratones
en los pocos embriones XXque sobreviven despueacutes de la implantacioacuten y borroacuten y cuenta nueva se inactiva 1 solo X pero noal azarpreferentemente es en el Xmutado(y en machos sobrevivientesel uacutenico X no se inactiva)
en estas ratonas despueacutes de la implantacioacuten la inactivacioacuten del X no es al azar preferentemente es el X mutado
Modelo sencillo de inactivacioacuten del cromosoma X
metilacioacuten
borroacuten y cuenta nueva
IC = Imprinting Center
Modelo consistente con el cuerpo XY en ceacutelulas germinales masculinas
femenino
muestra que el imprinting de todo el X (antes de la implantacioacuten) se deberia al imprinting de Tsix (en su IC)
modelo integrador que muestra asociacioacuten entre RNAs XistTsix y marcas epigeneacuteticas conocidas
Navarro et alGENES amp DEVELOPMENT (2005) 191474-1484
Tsix induces efficient H3-K4 methylation over the entire XistTsix unit
RNA Tsix
RNA Xist
RNA Xist
RNA Xist
borroacuten y cuenta nueva
Ojometilacioacuten en K4H3 es marca activadora
al azar
origen Paterno
Comprobacioacuten experimental (in vivo) del ldquomodelo del besordquo (Jeannie Lee Science 2006)
ocurrioacutebeso
Xic green Tsix red DAPI bluepara ver resto del nucleo
XX ES cells in vivo
RNA FISH para Xist (rojo) se veEn 1 X solamente
luego de extraer losembriones a distintostiempos (de distintas ratonas prentildeadas) DNA FISH in vitro para ambos X(verde y rojo)
MEFs
Xic DNA green Xist RNA red
Enriquecimiento deK27H3 en cromosoma con Xist RNA
se separan
Modelos de inactivacioacuten al azar del cromosoma X en mamiacuteferos
Enjambre de factores bloqueadores de la inactivacioacuten que quedan finalmente agregados y unidos a 1 solo X
Variable dependiente (output)distribucioacuten de moleacuteculas en cada X
When E = 0 a random walk diffusion is found
The evolution is drastically different for E = 24kT wheredroplets (swarm) of particles are formed ending up in a single cluster overing just one of the two equivalent chromosomes and thus breaking their binding symmetry
Symmetry-Breaking Model for X-Chromosome Inactivation modelo b) del ldquoenjambrerdquo de la diapo anterior mediante simulacioacuten computacional
Mario Nicodemi amp Antonella PriscoPHYSICAL REVIEW LETTERS (2007)
El modelo encaja mejor cuanto menor sea la distancia entre los dos Xs consistente con el modelo intuitivo del beso
Tambieacuten consistente con situacioacuten artificial de 3 X y queda 1 solo activoLa moleacutecula pegajosa de este modelo bien podria ser un activador de Tsix Channnn
Variables independientes a setearbull constante cineacutetica de difusion k de Arrheniusbull E = energiacutea entre moleacuteculas de factor de activacioacuten (valor alto = molec ldquopegajosardquo)bull distancia entre los dos Xbull tiempo
un X el otro X
Y en insectos
es al reveacutes que en mamiferosWeake amp Workman Nature Structural amp Molecular Biology 16 801 - 803 (2009)
hay un complejo proteico acetilador de histonas (HAT) en ceacutelulas de machos que garantiza la doble expresioacuten de genes en el uacutenico cromosoma X para igualar el nivel de expresioacuten en hembras que tienen dos X
Para tener en cuentahellip
bull los genes sujetos a imprinting evaden las oleadas de metilacioacuten y desmetilacioacuten que ocurren en la reprogramacioacuten epigeneacutetica en el desarrollo embrionario en mamiacuteferos
bull El imprinting puede perderse en animales clonados por transferencia nuclear porque se forma un cigoto ldquoparcialmente asexualrdquo que no se originoacute a partir de ambas liacuteneas germinales donde normalmente se establecen las marcas de imprinting
bull Se ha revelado el ldquoimprintomardquo de cerebro de ratoacuten adulto (Gregg et al agosto 2010) cruzas de ratones endocriados de dos diferentes cepas (para aprovechar polimorfismos y asiacute despueacutes rastrear el origen parental) En las criacuteas F1 (heterocigotas) se hizo RNA-seq masiva (pirosecuenciacioacuten de los cDNAs) Se observoacute sesgo en la expresioacuten materna o paterna de 1300 loci
iquestY la ventajas adaptativas del impritingMorison et al Trends Genet 21 457-65 (2005)
Difiacuteciles de explicar pues el imprinting hace perder la obvia ventaja de la diploidiacutea
1) Hay una teoriacutea (Ishino Develop Growth Diff 2010) que sostiene que el imprinting surgioacute en la evolucioacuten como defensa contra retrotransposicioacuten en una de las dos liacuteneas germinales (en ambas hubiera sido letal) Los autores la fundamentan invocando a los
genes parental expressed genes (peg) sujetos a imprinting (tienen DMRs) y asociados a la formacioacuten de la placenta con similitud de secuencia a retrotranposones
2) Hipoacutetesis evolutiva del ldquoConflicto Geneacuteticordquo(ldquocierrardquo para IGF2 pero no para IGF2-r)
En especies que muestran paternidad muacutetiple en 1 evento reproductivo (ldquopoliandriardquo)hellip
bull el padre privilegia su propia paternidad a traveacutes del tamantildeo de su descendencia incluso a expensas de los medio-hermanos Y lo hace transmitiendo epialelos activos de genes que promueven el crecimiento fetal p ej IGF2
bull un intereacutes de la madre es distribuir equitativamente sus recursos en toda su progenie aunque nazcan pequentildeos Y lo hace transmitiendo epialelos inactivos de genes que promueven el crecimiento fetal p ej IGF2
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propensioacuten al tumor de Wilms
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OK la inactivacioacuten de uno de los dos X es debida a genes del XIChellip
pero iquestcuaacutel X es el que se inactivaiquestEs al azar o es parent of origin Experimento mirar expresioacuten de genes Xist y Tsix por RT-PCR sobre RNA de blastocistos pre-impl de dos cepas de ratoacuten distintas (para
aprovechar polimorfismos de longitud en RNA Xist)
en hembras el RNA Xist es igual que el del padre machos no tienen RNA Xist
el RNA Tsix es el de la madre
Conclusioacuten en blastocistos XX pre-implantados el X inactivo es el de origen paterno
Madre Padre M P
F1
iquestQueacute le pasa a la progenie de una madre sin Tsix(KO para Tsix en regioacuten que no afecta al DNA Xist)
Jeannie Lee Harvard
aparece el RNA Xist de la madre
M P M PM P M P
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estos embriones mutantes knock out tienen problemas de superviviencia se les inactiva el XM quetendriacutea que estar activo
En cambio los mutantes XM XPΔ no tienen problemas porque de todos modos XP estariacutea inactivo
Jeannie Lee HarvardCell 103 17ndash27 (2000)
iquestconsecuencias de este KO en la vida de los ratones
en los pocos embriones XXque sobreviven despueacutes de la implantacioacuten y borroacuten y cuenta nueva se inactiva 1 solo X pero noal azarpreferentemente es en el Xmutado(y en machos sobrevivientesel uacutenico X no se inactiva)
en estas ratonas despueacutes de la implantacioacuten la inactivacioacuten del X no es al azar preferentemente es el X mutado
Modelo sencillo de inactivacioacuten del cromosoma X
metilacioacuten
borroacuten y cuenta nueva
IC = Imprinting Center
Modelo consistente con el cuerpo XY en ceacutelulas germinales masculinas
femenino
muestra que el imprinting de todo el X (antes de la implantacioacuten) se deberia al imprinting de Tsix (en su IC)
modelo integrador que muestra asociacioacuten entre RNAs XistTsix y marcas epigeneacuteticas conocidas
Navarro et alGENES amp DEVELOPMENT (2005) 191474-1484
Tsix induces efficient H3-K4 methylation over the entire XistTsix unit
RNA Tsix
RNA Xist
RNA Xist
RNA Xist
borroacuten y cuenta nueva
Ojometilacioacuten en K4H3 es marca activadora
al azar
origen Paterno
Comprobacioacuten experimental (in vivo) del ldquomodelo del besordquo (Jeannie Lee Science 2006)
ocurrioacutebeso
Xic green Tsix red DAPI bluepara ver resto del nucleo
XX ES cells in vivo
RNA FISH para Xist (rojo) se veEn 1 X solamente
luego de extraer losembriones a distintostiempos (de distintas ratonas prentildeadas) DNA FISH in vitro para ambos X(verde y rojo)
MEFs
Xic DNA green Xist RNA red
Enriquecimiento deK27H3 en cromosoma con Xist RNA
se separan
Modelos de inactivacioacuten al azar del cromosoma X en mamiacuteferos
Enjambre de factores bloqueadores de la inactivacioacuten que quedan finalmente agregados y unidos a 1 solo X
Variable dependiente (output)distribucioacuten de moleacuteculas en cada X
When E = 0 a random walk diffusion is found
The evolution is drastically different for E = 24kT wheredroplets (swarm) of particles are formed ending up in a single cluster overing just one of the two equivalent chromosomes and thus breaking their binding symmetry
Symmetry-Breaking Model for X-Chromosome Inactivation modelo b) del ldquoenjambrerdquo de la diapo anterior mediante simulacioacuten computacional
Mario Nicodemi amp Antonella PriscoPHYSICAL REVIEW LETTERS (2007)
El modelo encaja mejor cuanto menor sea la distancia entre los dos Xs consistente con el modelo intuitivo del beso
Tambieacuten consistente con situacioacuten artificial de 3 X y queda 1 solo activoLa moleacutecula pegajosa de este modelo bien podria ser un activador de Tsix Channnn
Variables independientes a setearbull constante cineacutetica de difusion k de Arrheniusbull E = energiacutea entre moleacuteculas de factor de activacioacuten (valor alto = molec ldquopegajosardquo)bull distancia entre los dos Xbull tiempo
un X el otro X
Y en insectos
es al reveacutes que en mamiferosWeake amp Workman Nature Structural amp Molecular Biology 16 801 - 803 (2009)
hay un complejo proteico acetilador de histonas (HAT) en ceacutelulas de machos que garantiza la doble expresioacuten de genes en el uacutenico cromosoma X para igualar el nivel de expresioacuten en hembras que tienen dos X
Para tener en cuentahellip
bull los genes sujetos a imprinting evaden las oleadas de metilacioacuten y desmetilacioacuten que ocurren en la reprogramacioacuten epigeneacutetica en el desarrollo embrionario en mamiacuteferos
bull El imprinting puede perderse en animales clonados por transferencia nuclear porque se forma un cigoto ldquoparcialmente asexualrdquo que no se originoacute a partir de ambas liacuteneas germinales donde normalmente se establecen las marcas de imprinting
bull Se ha revelado el ldquoimprintomardquo de cerebro de ratoacuten adulto (Gregg et al agosto 2010) cruzas de ratones endocriados de dos diferentes cepas (para aprovechar polimorfismos y asiacute despueacutes rastrear el origen parental) En las criacuteas F1 (heterocigotas) se hizo RNA-seq masiva (pirosecuenciacioacuten de los cDNAs) Se observoacute sesgo en la expresioacuten materna o paterna de 1300 loci
iquestY la ventajas adaptativas del impritingMorison et al Trends Genet 21 457-65 (2005)
Difiacuteciles de explicar pues el imprinting hace perder la obvia ventaja de la diploidiacutea
1) Hay una teoriacutea (Ishino Develop Growth Diff 2010) que sostiene que el imprinting surgioacute en la evolucioacuten como defensa contra retrotransposicioacuten en una de las dos liacuteneas germinales (en ambas hubiera sido letal) Los autores la fundamentan invocando a los
genes parental expressed genes (peg) sujetos a imprinting (tienen DMRs) y asociados a la formacioacuten de la placenta con similitud de secuencia a retrotranposones
2) Hipoacutetesis evolutiva del ldquoConflicto Geneacuteticordquo(ldquocierrardquo para IGF2 pero no para IGF2-r)
En especies que muestran paternidad muacutetiple en 1 evento reproductivo (ldquopoliandriardquo)hellip
bull el padre privilegia su propia paternidad a traveacutes del tamantildeo de su descendencia incluso a expensas de los medio-hermanos Y lo hace transmitiendo epialelos activos de genes que promueven el crecimiento fetal p ej IGF2
bull un intereacutes de la madre es distribuir equitativamente sus recursos en toda su progenie aunque nazcan pequentildeos Y lo hace transmitiendo epialelos inactivos de genes que promueven el crecimiento fetal p ej IGF2
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Ademaacutes en el caso de IGF2 la ausencia de imprinting causariacutea su sobre-expresioacuten y mayor
propensioacuten al tumor de Wilms
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OK la inactivacioacuten de uno de los dos X es debida a genes del XIChellip
pero iquestcuaacutel X es el que se inactivaiquestEs al azar o es parent of origin Experimento mirar expresioacuten de genes Xist y Tsix por RT-PCR sobre RNA de blastocistos pre-impl de dos cepas de ratoacuten distintas (para
aprovechar polimorfismos de longitud en RNA Xist)
en hembras el RNA Xist es igual que el del padre machos no tienen RNA Xist
el RNA Tsix es el de la madre
Conclusioacuten en blastocistos XX pre-implantados el X inactivo es el de origen paterno
Madre Padre M P
F1
iquestQueacute le pasa a la progenie de una madre sin Tsix(KO para Tsix en regioacuten que no afecta al DNA Xist)
Jeannie Lee Harvard
aparece el RNA Xist de la madre
M P M PM P M P
F1F1
Mirando los blastocistos pre-implantacioacuten wt y KOdeteccioacuten de RNA Xist mediante RNA-FISH
estos embriones mutantes knock out tienen problemas de superviviencia se les inactiva el XM quetendriacutea que estar activo
En cambio los mutantes XM XPΔ no tienen problemas porque de todos modos XP estariacutea inactivo
Jeannie Lee HarvardCell 103 17ndash27 (2000)
iquestconsecuencias de este KO en la vida de los ratones
en los pocos embriones XXque sobreviven despueacutes de la implantacioacuten y borroacuten y cuenta nueva se inactiva 1 solo X pero noal azarpreferentemente es en el Xmutado(y en machos sobrevivientesel uacutenico X no se inactiva)
en estas ratonas despueacutes de la implantacioacuten la inactivacioacuten del X no es al azar preferentemente es el X mutado
Modelo sencillo de inactivacioacuten del cromosoma X
metilacioacuten
borroacuten y cuenta nueva
IC = Imprinting Center
Modelo consistente con el cuerpo XY en ceacutelulas germinales masculinas
femenino
muestra que el imprinting de todo el X (antes de la implantacioacuten) se deberia al imprinting de Tsix (en su IC)
modelo integrador que muestra asociacioacuten entre RNAs XistTsix y marcas epigeneacuteticas conocidas
Navarro et alGENES amp DEVELOPMENT (2005) 191474-1484
Tsix induces efficient H3-K4 methylation over the entire XistTsix unit
RNA Tsix
RNA Xist
RNA Xist
RNA Xist
borroacuten y cuenta nueva
Ojometilacioacuten en K4H3 es marca activadora
al azar
origen Paterno
Comprobacioacuten experimental (in vivo) del ldquomodelo del besordquo (Jeannie Lee Science 2006)
ocurrioacutebeso
Xic green Tsix red DAPI bluepara ver resto del nucleo
XX ES cells in vivo
RNA FISH para Xist (rojo) se veEn 1 X solamente
luego de extraer losembriones a distintostiempos (de distintas ratonas prentildeadas) DNA FISH in vitro para ambos X(verde y rojo)
MEFs
Xic DNA green Xist RNA red
Enriquecimiento deK27H3 en cromosoma con Xist RNA
se separan
Modelos de inactivacioacuten al azar del cromosoma X en mamiacuteferos
Enjambre de factores bloqueadores de la inactivacioacuten que quedan finalmente agregados y unidos a 1 solo X
Variable dependiente (output)distribucioacuten de moleacuteculas en cada X
When E = 0 a random walk diffusion is found
The evolution is drastically different for E = 24kT wheredroplets (swarm) of particles are formed ending up in a single cluster overing just one of the two equivalent chromosomes and thus breaking their binding symmetry
Symmetry-Breaking Model for X-Chromosome Inactivation modelo b) del ldquoenjambrerdquo de la diapo anterior mediante simulacioacuten computacional
Mario Nicodemi amp Antonella PriscoPHYSICAL REVIEW LETTERS (2007)
El modelo encaja mejor cuanto menor sea la distancia entre los dos Xs consistente con el modelo intuitivo del beso
Tambieacuten consistente con situacioacuten artificial de 3 X y queda 1 solo activoLa moleacutecula pegajosa de este modelo bien podria ser un activador de Tsix Channnn
Variables independientes a setearbull constante cineacutetica de difusion k de Arrheniusbull E = energiacutea entre moleacuteculas de factor de activacioacuten (valor alto = molec ldquopegajosardquo)bull distancia entre los dos Xbull tiempo
un X el otro X
Y en insectos
es al reveacutes que en mamiferosWeake amp Workman Nature Structural amp Molecular Biology 16 801 - 803 (2009)
hay un complejo proteico acetilador de histonas (HAT) en ceacutelulas de machos que garantiza la doble expresioacuten de genes en el uacutenico cromosoma X para igualar el nivel de expresioacuten en hembras que tienen dos X
Para tener en cuentahellip
bull los genes sujetos a imprinting evaden las oleadas de metilacioacuten y desmetilacioacuten que ocurren en la reprogramacioacuten epigeneacutetica en el desarrollo embrionario en mamiacuteferos
bull El imprinting puede perderse en animales clonados por transferencia nuclear porque se forma un cigoto ldquoparcialmente asexualrdquo que no se originoacute a partir de ambas liacuteneas germinales donde normalmente se establecen las marcas de imprinting
bull Se ha revelado el ldquoimprintomardquo de cerebro de ratoacuten adulto (Gregg et al agosto 2010) cruzas de ratones endocriados de dos diferentes cepas (para aprovechar polimorfismos y asiacute despueacutes rastrear el origen parental) En las criacuteas F1 (heterocigotas) se hizo RNA-seq masiva (pirosecuenciacioacuten de los cDNAs) Se observoacute sesgo en la expresioacuten materna o paterna de 1300 loci
iquestY la ventajas adaptativas del impritingMorison et al Trends Genet 21 457-65 (2005)
Difiacuteciles de explicar pues el imprinting hace perder la obvia ventaja de la diploidiacutea
1) Hay una teoriacutea (Ishino Develop Growth Diff 2010) que sostiene que el imprinting surgioacute en la evolucioacuten como defensa contra retrotransposicioacuten en una de las dos liacuteneas germinales (en ambas hubiera sido letal) Los autores la fundamentan invocando a los
genes parental expressed genes (peg) sujetos a imprinting (tienen DMRs) y asociados a la formacioacuten de la placenta con similitud de secuencia a retrotranposones
2) Hipoacutetesis evolutiva del ldquoConflicto Geneacuteticordquo(ldquocierrardquo para IGF2 pero no para IGF2-r)
En especies que muestran paternidad muacutetiple en 1 evento reproductivo (ldquopoliandriardquo)hellip
bull el padre privilegia su propia paternidad a traveacutes del tamantildeo de su descendencia incluso a expensas de los medio-hermanos Y lo hace transmitiendo epialelos activos de genes que promueven el crecimiento fetal p ej IGF2
bull un intereacutes de la madre es distribuir equitativamente sus recursos en toda su progenie aunque nazcan pequentildeos Y lo hace transmitiendo epialelos inactivos de genes que promueven el crecimiento fetal p ej IGF2
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Ademaacutes en el caso de IGF2 la ausencia de imprinting causariacutea su sobre-expresioacuten y mayor
propensioacuten al tumor de Wilms
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iquestQueacute le pasa a la progenie de una madre sin Tsix(KO para Tsix en regioacuten que no afecta al DNA Xist)
Jeannie Lee Harvard
aparece el RNA Xist de la madre
M P M PM P M P
F1F1
Mirando los blastocistos pre-implantacioacuten wt y KOdeteccioacuten de RNA Xist mediante RNA-FISH
estos embriones mutantes knock out tienen problemas de superviviencia se les inactiva el XM quetendriacutea que estar activo
En cambio los mutantes XM XPΔ no tienen problemas porque de todos modos XP estariacutea inactivo
Jeannie Lee HarvardCell 103 17ndash27 (2000)
iquestconsecuencias de este KO en la vida de los ratones
en los pocos embriones XXque sobreviven despueacutes de la implantacioacuten y borroacuten y cuenta nueva se inactiva 1 solo X pero noal azarpreferentemente es en el Xmutado(y en machos sobrevivientesel uacutenico X no se inactiva)
en estas ratonas despueacutes de la implantacioacuten la inactivacioacuten del X no es al azar preferentemente es el X mutado
Modelo sencillo de inactivacioacuten del cromosoma X
metilacioacuten
borroacuten y cuenta nueva
IC = Imprinting Center
Modelo consistente con el cuerpo XY en ceacutelulas germinales masculinas
femenino
muestra que el imprinting de todo el X (antes de la implantacioacuten) se deberia al imprinting de Tsix (en su IC)
modelo integrador que muestra asociacioacuten entre RNAs XistTsix y marcas epigeneacuteticas conocidas
Navarro et alGENES amp DEVELOPMENT (2005) 191474-1484
Tsix induces efficient H3-K4 methylation over the entire XistTsix unit
RNA Tsix
RNA Xist
RNA Xist
RNA Xist
borroacuten y cuenta nueva
Ojometilacioacuten en K4H3 es marca activadora
al azar
origen Paterno
Comprobacioacuten experimental (in vivo) del ldquomodelo del besordquo (Jeannie Lee Science 2006)
ocurrioacutebeso
Xic green Tsix red DAPI bluepara ver resto del nucleo
XX ES cells in vivo
RNA FISH para Xist (rojo) se veEn 1 X solamente
luego de extraer losembriones a distintostiempos (de distintas ratonas prentildeadas) DNA FISH in vitro para ambos X(verde y rojo)
MEFs
Xic DNA green Xist RNA red
Enriquecimiento deK27H3 en cromosoma con Xist RNA
se separan
Modelos de inactivacioacuten al azar del cromosoma X en mamiacuteferos
Enjambre de factores bloqueadores de la inactivacioacuten que quedan finalmente agregados y unidos a 1 solo X
Variable dependiente (output)distribucioacuten de moleacuteculas en cada X
When E = 0 a random walk diffusion is found
The evolution is drastically different for E = 24kT wheredroplets (swarm) of particles are formed ending up in a single cluster overing just one of the two equivalent chromosomes and thus breaking their binding symmetry
Symmetry-Breaking Model for X-Chromosome Inactivation modelo b) del ldquoenjambrerdquo de la diapo anterior mediante simulacioacuten computacional
Mario Nicodemi amp Antonella PriscoPHYSICAL REVIEW LETTERS (2007)
El modelo encaja mejor cuanto menor sea la distancia entre los dos Xs consistente con el modelo intuitivo del beso
Tambieacuten consistente con situacioacuten artificial de 3 X y queda 1 solo activoLa moleacutecula pegajosa de este modelo bien podria ser un activador de Tsix Channnn
Variables independientes a setearbull constante cineacutetica de difusion k de Arrheniusbull E = energiacutea entre moleacuteculas de factor de activacioacuten (valor alto = molec ldquopegajosardquo)bull distancia entre los dos Xbull tiempo
un X el otro X
Y en insectos
es al reveacutes que en mamiferosWeake amp Workman Nature Structural amp Molecular Biology 16 801 - 803 (2009)
hay un complejo proteico acetilador de histonas (HAT) en ceacutelulas de machos que garantiza la doble expresioacuten de genes en el uacutenico cromosoma X para igualar el nivel de expresioacuten en hembras que tienen dos X
Para tener en cuentahellip
bull los genes sujetos a imprinting evaden las oleadas de metilacioacuten y desmetilacioacuten que ocurren en la reprogramacioacuten epigeneacutetica en el desarrollo embrionario en mamiacuteferos
bull El imprinting puede perderse en animales clonados por transferencia nuclear porque se forma un cigoto ldquoparcialmente asexualrdquo que no se originoacute a partir de ambas liacuteneas germinales donde normalmente se establecen las marcas de imprinting
bull Se ha revelado el ldquoimprintomardquo de cerebro de ratoacuten adulto (Gregg et al agosto 2010) cruzas de ratones endocriados de dos diferentes cepas (para aprovechar polimorfismos y asiacute despueacutes rastrear el origen parental) En las criacuteas F1 (heterocigotas) se hizo RNA-seq masiva (pirosecuenciacioacuten de los cDNAs) Se observoacute sesgo en la expresioacuten materna o paterna de 1300 loci
iquestY la ventajas adaptativas del impritingMorison et al Trends Genet 21 457-65 (2005)
Difiacuteciles de explicar pues el imprinting hace perder la obvia ventaja de la diploidiacutea
1) Hay una teoriacutea (Ishino Develop Growth Diff 2010) que sostiene que el imprinting surgioacute en la evolucioacuten como defensa contra retrotransposicioacuten en una de las dos liacuteneas germinales (en ambas hubiera sido letal) Los autores la fundamentan invocando a los
genes parental expressed genes (peg) sujetos a imprinting (tienen DMRs) y asociados a la formacioacuten de la placenta con similitud de secuencia a retrotranposones
2) Hipoacutetesis evolutiva del ldquoConflicto Geneacuteticordquo(ldquocierrardquo para IGF2 pero no para IGF2-r)
En especies que muestran paternidad muacutetiple en 1 evento reproductivo (ldquopoliandriardquo)hellip
bull el padre privilegia su propia paternidad a traveacutes del tamantildeo de su descendencia incluso a expensas de los medio-hermanos Y lo hace transmitiendo epialelos activos de genes que promueven el crecimiento fetal p ej IGF2
bull un intereacutes de la madre es distribuir equitativamente sus recursos en toda su progenie aunque nazcan pequentildeos Y lo hace transmitiendo epialelos inactivos de genes que promueven el crecimiento fetal p ej IGF2
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Ademaacutes en el caso de IGF2 la ausencia de imprinting causariacutea su sobre-expresioacuten y mayor
propensioacuten al tumor de Wilms
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estos embriones mutantes knock out tienen problemas de superviviencia se les inactiva el XM quetendriacutea que estar activo
En cambio los mutantes XM XPΔ no tienen problemas porque de todos modos XP estariacutea inactivo
Jeannie Lee HarvardCell 103 17ndash27 (2000)
iquestconsecuencias de este KO en la vida de los ratones
en los pocos embriones XXque sobreviven despueacutes de la implantacioacuten y borroacuten y cuenta nueva se inactiva 1 solo X pero noal azarpreferentemente es en el Xmutado(y en machos sobrevivientesel uacutenico X no se inactiva)
en estas ratonas despueacutes de la implantacioacuten la inactivacioacuten del X no es al azar preferentemente es el X mutado
Modelo sencillo de inactivacioacuten del cromosoma X
metilacioacuten
borroacuten y cuenta nueva
IC = Imprinting Center
Modelo consistente con el cuerpo XY en ceacutelulas germinales masculinas
femenino
muestra que el imprinting de todo el X (antes de la implantacioacuten) se deberia al imprinting de Tsix (en su IC)
modelo integrador que muestra asociacioacuten entre RNAs XistTsix y marcas epigeneacuteticas conocidas
Navarro et alGENES amp DEVELOPMENT (2005) 191474-1484
Tsix induces efficient H3-K4 methylation over the entire XistTsix unit
RNA Tsix
RNA Xist
RNA Xist
RNA Xist
borroacuten y cuenta nueva
Ojometilacioacuten en K4H3 es marca activadora
al azar
origen Paterno
Comprobacioacuten experimental (in vivo) del ldquomodelo del besordquo (Jeannie Lee Science 2006)
ocurrioacutebeso
Xic green Tsix red DAPI bluepara ver resto del nucleo
XX ES cells in vivo
RNA FISH para Xist (rojo) se veEn 1 X solamente
luego de extraer losembriones a distintostiempos (de distintas ratonas prentildeadas) DNA FISH in vitro para ambos X(verde y rojo)
MEFs
Xic DNA green Xist RNA red
Enriquecimiento deK27H3 en cromosoma con Xist RNA
se separan
Modelos de inactivacioacuten al azar del cromosoma X en mamiacuteferos
Enjambre de factores bloqueadores de la inactivacioacuten que quedan finalmente agregados y unidos a 1 solo X
Variable dependiente (output)distribucioacuten de moleacuteculas en cada X
When E = 0 a random walk diffusion is found
The evolution is drastically different for E = 24kT wheredroplets (swarm) of particles are formed ending up in a single cluster overing just one of the two equivalent chromosomes and thus breaking their binding symmetry
Symmetry-Breaking Model for X-Chromosome Inactivation modelo b) del ldquoenjambrerdquo de la diapo anterior mediante simulacioacuten computacional
Mario Nicodemi amp Antonella PriscoPHYSICAL REVIEW LETTERS (2007)
El modelo encaja mejor cuanto menor sea la distancia entre los dos Xs consistente con el modelo intuitivo del beso
Tambieacuten consistente con situacioacuten artificial de 3 X y queda 1 solo activoLa moleacutecula pegajosa de este modelo bien podria ser un activador de Tsix Channnn
Variables independientes a setearbull constante cineacutetica de difusion k de Arrheniusbull E = energiacutea entre moleacuteculas de factor de activacioacuten (valor alto = molec ldquopegajosardquo)bull distancia entre los dos Xbull tiempo
un X el otro X
Y en insectos
es al reveacutes que en mamiferosWeake amp Workman Nature Structural amp Molecular Biology 16 801 - 803 (2009)
hay un complejo proteico acetilador de histonas (HAT) en ceacutelulas de machos que garantiza la doble expresioacuten de genes en el uacutenico cromosoma X para igualar el nivel de expresioacuten en hembras que tienen dos X
Para tener en cuentahellip
bull los genes sujetos a imprinting evaden las oleadas de metilacioacuten y desmetilacioacuten que ocurren en la reprogramacioacuten epigeneacutetica en el desarrollo embrionario en mamiacuteferos
bull El imprinting puede perderse en animales clonados por transferencia nuclear porque se forma un cigoto ldquoparcialmente asexualrdquo que no se originoacute a partir de ambas liacuteneas germinales donde normalmente se establecen las marcas de imprinting
bull Se ha revelado el ldquoimprintomardquo de cerebro de ratoacuten adulto (Gregg et al agosto 2010) cruzas de ratones endocriados de dos diferentes cepas (para aprovechar polimorfismos y asiacute despueacutes rastrear el origen parental) En las criacuteas F1 (heterocigotas) se hizo RNA-seq masiva (pirosecuenciacioacuten de los cDNAs) Se observoacute sesgo en la expresioacuten materna o paterna de 1300 loci
iquestY la ventajas adaptativas del impritingMorison et al Trends Genet 21 457-65 (2005)
Difiacuteciles de explicar pues el imprinting hace perder la obvia ventaja de la diploidiacutea
1) Hay una teoriacutea (Ishino Develop Growth Diff 2010) que sostiene que el imprinting surgioacute en la evolucioacuten como defensa contra retrotransposicioacuten en una de las dos liacuteneas germinales (en ambas hubiera sido letal) Los autores la fundamentan invocando a los
genes parental expressed genes (peg) sujetos a imprinting (tienen DMRs) y asociados a la formacioacuten de la placenta con similitud de secuencia a retrotranposones
2) Hipoacutetesis evolutiva del ldquoConflicto Geneacuteticordquo(ldquocierrardquo para IGF2 pero no para IGF2-r)
En especies que muestran paternidad muacutetiple en 1 evento reproductivo (ldquopoliandriardquo)hellip
bull el padre privilegia su propia paternidad a traveacutes del tamantildeo de su descendencia incluso a expensas de los medio-hermanos Y lo hace transmitiendo epialelos activos de genes que promueven el crecimiento fetal p ej IGF2
bull un intereacutes de la madre es distribuir equitativamente sus recursos en toda su progenie aunque nazcan pequentildeos Y lo hace transmitiendo epialelos inactivos de genes que promueven el crecimiento fetal p ej IGF2
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Tsix induces efficient H3-K4 methylation over the entire XistTsix unit
RNA Tsix
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Ojometilacioacuten en K4H3 es marca activadora
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Xic green Tsix red DAPI bluepara ver resto del nucleo
XX ES cells in vivo
RNA FISH para Xist (rojo) se veEn 1 X solamente
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MEFs
Xic DNA green Xist RNA red
Enriquecimiento deK27H3 en cromosoma con Xist RNA
se separan
Modelos de inactivacioacuten al azar del cromosoma X en mamiacuteferos
Enjambre de factores bloqueadores de la inactivacioacuten que quedan finalmente agregados y unidos a 1 solo X
Variable dependiente (output)distribucioacuten de moleacuteculas en cada X
When E = 0 a random walk diffusion is found
The evolution is drastically different for E = 24kT wheredroplets (swarm) of particles are formed ending up in a single cluster overing just one of the two equivalent chromosomes and thus breaking their binding symmetry
Symmetry-Breaking Model for X-Chromosome Inactivation modelo b) del ldquoenjambrerdquo de la diapo anterior mediante simulacioacuten computacional
Mario Nicodemi amp Antonella PriscoPHYSICAL REVIEW LETTERS (2007)
El modelo encaja mejor cuanto menor sea la distancia entre los dos Xs consistente con el modelo intuitivo del beso
Tambieacuten consistente con situacioacuten artificial de 3 X y queda 1 solo activoLa moleacutecula pegajosa de este modelo bien podria ser un activador de Tsix Channnn
Variables independientes a setearbull constante cineacutetica de difusion k de Arrheniusbull E = energiacutea entre moleacuteculas de factor de activacioacuten (valor alto = molec ldquopegajosardquo)bull distancia entre los dos Xbull tiempo
un X el otro X
Y en insectos
es al reveacutes que en mamiferosWeake amp Workman Nature Structural amp Molecular Biology 16 801 - 803 (2009)
hay un complejo proteico acetilador de histonas (HAT) en ceacutelulas de machos que garantiza la doble expresioacuten de genes en el uacutenico cromosoma X para igualar el nivel de expresioacuten en hembras que tienen dos X
Para tener en cuentahellip
bull los genes sujetos a imprinting evaden las oleadas de metilacioacuten y desmetilacioacuten que ocurren en la reprogramacioacuten epigeneacutetica en el desarrollo embrionario en mamiacuteferos
bull El imprinting puede perderse en animales clonados por transferencia nuclear porque se forma un cigoto ldquoparcialmente asexualrdquo que no se originoacute a partir de ambas liacuteneas germinales donde normalmente se establecen las marcas de imprinting
bull Se ha revelado el ldquoimprintomardquo de cerebro de ratoacuten adulto (Gregg et al agosto 2010) cruzas de ratones endocriados de dos diferentes cepas (para aprovechar polimorfismos y asiacute despueacutes rastrear el origen parental) En las criacuteas F1 (heterocigotas) se hizo RNA-seq masiva (pirosecuenciacioacuten de los cDNAs) Se observoacute sesgo en la expresioacuten materna o paterna de 1300 loci
iquestY la ventajas adaptativas del impritingMorison et al Trends Genet 21 457-65 (2005)
Difiacuteciles de explicar pues el imprinting hace perder la obvia ventaja de la diploidiacutea
1) Hay una teoriacutea (Ishino Develop Growth Diff 2010) que sostiene que el imprinting surgioacute en la evolucioacuten como defensa contra retrotransposicioacuten en una de las dos liacuteneas germinales (en ambas hubiera sido letal) Los autores la fundamentan invocando a los
genes parental expressed genes (peg) sujetos a imprinting (tienen DMRs) y asociados a la formacioacuten de la placenta con similitud de secuencia a retrotranposones
2) Hipoacutetesis evolutiva del ldquoConflicto Geneacuteticordquo(ldquocierrardquo para IGF2 pero no para IGF2-r)
En especies que muestran paternidad muacutetiple en 1 evento reproductivo (ldquopoliandriardquo)hellip
bull el padre privilegia su propia paternidad a traveacutes del tamantildeo de su descendencia incluso a expensas de los medio-hermanos Y lo hace transmitiendo epialelos activos de genes que promueven el crecimiento fetal p ej IGF2
bull un intereacutes de la madre es distribuir equitativamente sus recursos en toda su progenie aunque nazcan pequentildeos Y lo hace transmitiendo epialelos inactivos de genes que promueven el crecimiento fetal p ej IGF2
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Ademaacutes en el caso de IGF2 la ausencia de imprinting causariacutea su sobre-expresioacuten y mayor
propensioacuten al tumor de Wilms
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modelo integrador que muestra asociacioacuten entre RNAs XistTsix y marcas epigeneacuteticas conocidas
Navarro et alGENES amp DEVELOPMENT (2005) 191474-1484
Tsix induces efficient H3-K4 methylation over the entire XistTsix unit
RNA Tsix
RNA Xist
RNA Xist
RNA Xist
borroacuten y cuenta nueva
Ojometilacioacuten en K4H3 es marca activadora
al azar
origen Paterno
Comprobacioacuten experimental (in vivo) del ldquomodelo del besordquo (Jeannie Lee Science 2006)
ocurrioacutebeso
Xic green Tsix red DAPI bluepara ver resto del nucleo
XX ES cells in vivo
RNA FISH para Xist (rojo) se veEn 1 X solamente
luego de extraer losembriones a distintostiempos (de distintas ratonas prentildeadas) DNA FISH in vitro para ambos X(verde y rojo)
MEFs
Xic DNA green Xist RNA red
Enriquecimiento deK27H3 en cromosoma con Xist RNA
se separan
Modelos de inactivacioacuten al azar del cromosoma X en mamiacuteferos
Enjambre de factores bloqueadores de la inactivacioacuten que quedan finalmente agregados y unidos a 1 solo X
Variable dependiente (output)distribucioacuten de moleacuteculas en cada X
When E = 0 a random walk diffusion is found
The evolution is drastically different for E = 24kT wheredroplets (swarm) of particles are formed ending up in a single cluster overing just one of the two equivalent chromosomes and thus breaking their binding symmetry
Symmetry-Breaking Model for X-Chromosome Inactivation modelo b) del ldquoenjambrerdquo de la diapo anterior mediante simulacioacuten computacional
Mario Nicodemi amp Antonella PriscoPHYSICAL REVIEW LETTERS (2007)
El modelo encaja mejor cuanto menor sea la distancia entre los dos Xs consistente con el modelo intuitivo del beso
Tambieacuten consistente con situacioacuten artificial de 3 X y queda 1 solo activoLa moleacutecula pegajosa de este modelo bien podria ser un activador de Tsix Channnn
Variables independientes a setearbull constante cineacutetica de difusion k de Arrheniusbull E = energiacutea entre moleacuteculas de factor de activacioacuten (valor alto = molec ldquopegajosardquo)bull distancia entre los dos Xbull tiempo
un X el otro X
Y en insectos
es al reveacutes que en mamiferosWeake amp Workman Nature Structural amp Molecular Biology 16 801 - 803 (2009)
hay un complejo proteico acetilador de histonas (HAT) en ceacutelulas de machos que garantiza la doble expresioacuten de genes en el uacutenico cromosoma X para igualar el nivel de expresioacuten en hembras que tienen dos X
Para tener en cuentahellip
bull los genes sujetos a imprinting evaden las oleadas de metilacioacuten y desmetilacioacuten que ocurren en la reprogramacioacuten epigeneacutetica en el desarrollo embrionario en mamiacuteferos
bull El imprinting puede perderse en animales clonados por transferencia nuclear porque se forma un cigoto ldquoparcialmente asexualrdquo que no se originoacute a partir de ambas liacuteneas germinales donde normalmente se establecen las marcas de imprinting
bull Se ha revelado el ldquoimprintomardquo de cerebro de ratoacuten adulto (Gregg et al agosto 2010) cruzas de ratones endocriados de dos diferentes cepas (para aprovechar polimorfismos y asiacute despueacutes rastrear el origen parental) En las criacuteas F1 (heterocigotas) se hizo RNA-seq masiva (pirosecuenciacioacuten de los cDNAs) Se observoacute sesgo en la expresioacuten materna o paterna de 1300 loci
iquestY la ventajas adaptativas del impritingMorison et al Trends Genet 21 457-65 (2005)
Difiacuteciles de explicar pues el imprinting hace perder la obvia ventaja de la diploidiacutea
1) Hay una teoriacutea (Ishino Develop Growth Diff 2010) que sostiene que el imprinting surgioacute en la evolucioacuten como defensa contra retrotransposicioacuten en una de las dos liacuteneas germinales (en ambas hubiera sido letal) Los autores la fundamentan invocando a los
genes parental expressed genes (peg) sujetos a imprinting (tienen DMRs) y asociados a la formacioacuten de la placenta con similitud de secuencia a retrotranposones
2) Hipoacutetesis evolutiva del ldquoConflicto Geneacuteticordquo(ldquocierrardquo para IGF2 pero no para IGF2-r)
En especies que muestran paternidad muacutetiple en 1 evento reproductivo (ldquopoliandriardquo)hellip
bull el padre privilegia su propia paternidad a traveacutes del tamantildeo de su descendencia incluso a expensas de los medio-hermanos Y lo hace transmitiendo epialelos activos de genes que promueven el crecimiento fetal p ej IGF2
bull un intereacutes de la madre es distribuir equitativamente sus recursos en toda su progenie aunque nazcan pequentildeos Y lo hace transmitiendo epialelos inactivos de genes que promueven el crecimiento fetal p ej IGF2
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Ademaacutes en el caso de IGF2 la ausencia de imprinting causariacutea su sobre-expresioacuten y mayor
propensioacuten al tumor de Wilms
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Comprobacioacuten experimental (in vivo) del ldquomodelo del besordquo (Jeannie Lee Science 2006)
ocurrioacutebeso
Xic green Tsix red DAPI bluepara ver resto del nucleo
XX ES cells in vivo
RNA FISH para Xist (rojo) se veEn 1 X solamente
luego de extraer losembriones a distintostiempos (de distintas ratonas prentildeadas) DNA FISH in vitro para ambos X(verde y rojo)
MEFs
Xic DNA green Xist RNA red
Enriquecimiento deK27H3 en cromosoma con Xist RNA
se separan
Modelos de inactivacioacuten al azar del cromosoma X en mamiacuteferos
Enjambre de factores bloqueadores de la inactivacioacuten que quedan finalmente agregados y unidos a 1 solo X
Variable dependiente (output)distribucioacuten de moleacuteculas en cada X
When E = 0 a random walk diffusion is found
The evolution is drastically different for E = 24kT wheredroplets (swarm) of particles are formed ending up in a single cluster overing just one of the two equivalent chromosomes and thus breaking their binding symmetry
Symmetry-Breaking Model for X-Chromosome Inactivation modelo b) del ldquoenjambrerdquo de la diapo anterior mediante simulacioacuten computacional
Mario Nicodemi amp Antonella PriscoPHYSICAL REVIEW LETTERS (2007)
El modelo encaja mejor cuanto menor sea la distancia entre los dos Xs consistente con el modelo intuitivo del beso
Tambieacuten consistente con situacioacuten artificial de 3 X y queda 1 solo activoLa moleacutecula pegajosa de este modelo bien podria ser un activador de Tsix Channnn
Variables independientes a setearbull constante cineacutetica de difusion k de Arrheniusbull E = energiacutea entre moleacuteculas de factor de activacioacuten (valor alto = molec ldquopegajosardquo)bull distancia entre los dos Xbull tiempo
un X el otro X
Y en insectos
es al reveacutes que en mamiferosWeake amp Workman Nature Structural amp Molecular Biology 16 801 - 803 (2009)
hay un complejo proteico acetilador de histonas (HAT) en ceacutelulas de machos que garantiza la doble expresioacuten de genes en el uacutenico cromosoma X para igualar el nivel de expresioacuten en hembras que tienen dos X
Para tener en cuentahellip
bull los genes sujetos a imprinting evaden las oleadas de metilacioacuten y desmetilacioacuten que ocurren en la reprogramacioacuten epigeneacutetica en el desarrollo embrionario en mamiacuteferos
bull El imprinting puede perderse en animales clonados por transferencia nuclear porque se forma un cigoto ldquoparcialmente asexualrdquo que no se originoacute a partir de ambas liacuteneas germinales donde normalmente se establecen las marcas de imprinting
bull Se ha revelado el ldquoimprintomardquo de cerebro de ratoacuten adulto (Gregg et al agosto 2010) cruzas de ratones endocriados de dos diferentes cepas (para aprovechar polimorfismos y asiacute despueacutes rastrear el origen parental) En las criacuteas F1 (heterocigotas) se hizo RNA-seq masiva (pirosecuenciacioacuten de los cDNAs) Se observoacute sesgo en la expresioacuten materna o paterna de 1300 loci
iquestY la ventajas adaptativas del impritingMorison et al Trends Genet 21 457-65 (2005)
Difiacuteciles de explicar pues el imprinting hace perder la obvia ventaja de la diploidiacutea
1) Hay una teoriacutea (Ishino Develop Growth Diff 2010) que sostiene que el imprinting surgioacute en la evolucioacuten como defensa contra retrotransposicioacuten en una de las dos liacuteneas germinales (en ambas hubiera sido letal) Los autores la fundamentan invocando a los
genes parental expressed genes (peg) sujetos a imprinting (tienen DMRs) y asociados a la formacioacuten de la placenta con similitud de secuencia a retrotranposones
2) Hipoacutetesis evolutiva del ldquoConflicto Geneacuteticordquo(ldquocierrardquo para IGF2 pero no para IGF2-r)
En especies que muestran paternidad muacutetiple en 1 evento reproductivo (ldquopoliandriardquo)hellip
bull el padre privilegia su propia paternidad a traveacutes del tamantildeo de su descendencia incluso a expensas de los medio-hermanos Y lo hace transmitiendo epialelos activos de genes que promueven el crecimiento fetal p ej IGF2
bull un intereacutes de la madre es distribuir equitativamente sus recursos en toda su progenie aunque nazcan pequentildeos Y lo hace transmitiendo epialelos inactivos de genes que promueven el crecimiento fetal p ej IGF2
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propensioacuten al tumor de Wilms
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Modelos de inactivacioacuten al azar del cromosoma X en mamiacuteferos
Enjambre de factores bloqueadores de la inactivacioacuten que quedan finalmente agregados y unidos a 1 solo X
Variable dependiente (output)distribucioacuten de moleacuteculas en cada X
When E = 0 a random walk diffusion is found
The evolution is drastically different for E = 24kT wheredroplets (swarm) of particles are formed ending up in a single cluster overing just one of the two equivalent chromosomes and thus breaking their binding symmetry
Symmetry-Breaking Model for X-Chromosome Inactivation modelo b) del ldquoenjambrerdquo de la diapo anterior mediante simulacioacuten computacional
Mario Nicodemi amp Antonella PriscoPHYSICAL REVIEW LETTERS (2007)
El modelo encaja mejor cuanto menor sea la distancia entre los dos Xs consistente con el modelo intuitivo del beso
Tambieacuten consistente con situacioacuten artificial de 3 X y queda 1 solo activoLa moleacutecula pegajosa de este modelo bien podria ser un activador de Tsix Channnn
Variables independientes a setearbull constante cineacutetica de difusion k de Arrheniusbull E = energiacutea entre moleacuteculas de factor de activacioacuten (valor alto = molec ldquopegajosardquo)bull distancia entre los dos Xbull tiempo
un X el otro X
Y en insectos
es al reveacutes que en mamiferosWeake amp Workman Nature Structural amp Molecular Biology 16 801 - 803 (2009)
hay un complejo proteico acetilador de histonas (HAT) en ceacutelulas de machos que garantiza la doble expresioacuten de genes en el uacutenico cromosoma X para igualar el nivel de expresioacuten en hembras que tienen dos X
Para tener en cuentahellip
bull los genes sujetos a imprinting evaden las oleadas de metilacioacuten y desmetilacioacuten que ocurren en la reprogramacioacuten epigeneacutetica en el desarrollo embrionario en mamiacuteferos
bull El imprinting puede perderse en animales clonados por transferencia nuclear porque se forma un cigoto ldquoparcialmente asexualrdquo que no se originoacute a partir de ambas liacuteneas germinales donde normalmente se establecen las marcas de imprinting
bull Se ha revelado el ldquoimprintomardquo de cerebro de ratoacuten adulto (Gregg et al agosto 2010) cruzas de ratones endocriados de dos diferentes cepas (para aprovechar polimorfismos y asiacute despueacutes rastrear el origen parental) En las criacuteas F1 (heterocigotas) se hizo RNA-seq masiva (pirosecuenciacioacuten de los cDNAs) Se observoacute sesgo en la expresioacuten materna o paterna de 1300 loci
iquestY la ventajas adaptativas del impritingMorison et al Trends Genet 21 457-65 (2005)
Difiacuteciles de explicar pues el imprinting hace perder la obvia ventaja de la diploidiacutea
1) Hay una teoriacutea (Ishino Develop Growth Diff 2010) que sostiene que el imprinting surgioacute en la evolucioacuten como defensa contra retrotransposicioacuten en una de las dos liacuteneas germinales (en ambas hubiera sido letal) Los autores la fundamentan invocando a los
genes parental expressed genes (peg) sujetos a imprinting (tienen DMRs) y asociados a la formacioacuten de la placenta con similitud de secuencia a retrotranposones
2) Hipoacutetesis evolutiva del ldquoConflicto Geneacuteticordquo(ldquocierrardquo para IGF2 pero no para IGF2-r)
En especies que muestran paternidad muacutetiple en 1 evento reproductivo (ldquopoliandriardquo)hellip
bull el padre privilegia su propia paternidad a traveacutes del tamantildeo de su descendencia incluso a expensas de los medio-hermanos Y lo hace transmitiendo epialelos activos de genes que promueven el crecimiento fetal p ej IGF2
bull un intereacutes de la madre es distribuir equitativamente sus recursos en toda su progenie aunque nazcan pequentildeos Y lo hace transmitiendo epialelos inactivos de genes que promueven el crecimiento fetal p ej IGF2
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Ademaacutes en el caso de IGF2 la ausencia de imprinting causariacutea su sobre-expresioacuten y mayor
propensioacuten al tumor de Wilms
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When E = 0 a random walk diffusion is found
The evolution is drastically different for E = 24kT wheredroplets (swarm) of particles are formed ending up in a single cluster overing just one of the two equivalent chromosomes and thus breaking their binding symmetry
Symmetry-Breaking Model for X-Chromosome Inactivation modelo b) del ldquoenjambrerdquo de la diapo anterior mediante simulacioacuten computacional
Mario Nicodemi amp Antonella PriscoPHYSICAL REVIEW LETTERS (2007)
El modelo encaja mejor cuanto menor sea la distancia entre los dos Xs consistente con el modelo intuitivo del beso
Tambieacuten consistente con situacioacuten artificial de 3 X y queda 1 solo activoLa moleacutecula pegajosa de este modelo bien podria ser un activador de Tsix Channnn
Variables independientes a setearbull constante cineacutetica de difusion k de Arrheniusbull E = energiacutea entre moleacuteculas de factor de activacioacuten (valor alto = molec ldquopegajosardquo)bull distancia entre los dos Xbull tiempo
un X el otro X
Y en insectos
es al reveacutes que en mamiferosWeake amp Workman Nature Structural amp Molecular Biology 16 801 - 803 (2009)
hay un complejo proteico acetilador de histonas (HAT) en ceacutelulas de machos que garantiza la doble expresioacuten de genes en el uacutenico cromosoma X para igualar el nivel de expresioacuten en hembras que tienen dos X
Para tener en cuentahellip
bull los genes sujetos a imprinting evaden las oleadas de metilacioacuten y desmetilacioacuten que ocurren en la reprogramacioacuten epigeneacutetica en el desarrollo embrionario en mamiacuteferos
bull El imprinting puede perderse en animales clonados por transferencia nuclear porque se forma un cigoto ldquoparcialmente asexualrdquo que no se originoacute a partir de ambas liacuteneas germinales donde normalmente se establecen las marcas de imprinting
bull Se ha revelado el ldquoimprintomardquo de cerebro de ratoacuten adulto (Gregg et al agosto 2010) cruzas de ratones endocriados de dos diferentes cepas (para aprovechar polimorfismos y asiacute despueacutes rastrear el origen parental) En las criacuteas F1 (heterocigotas) se hizo RNA-seq masiva (pirosecuenciacioacuten de los cDNAs) Se observoacute sesgo en la expresioacuten materna o paterna de 1300 loci
iquestY la ventajas adaptativas del impritingMorison et al Trends Genet 21 457-65 (2005)
Difiacuteciles de explicar pues el imprinting hace perder la obvia ventaja de la diploidiacutea
1) Hay una teoriacutea (Ishino Develop Growth Diff 2010) que sostiene que el imprinting surgioacute en la evolucioacuten como defensa contra retrotransposicioacuten en una de las dos liacuteneas germinales (en ambas hubiera sido letal) Los autores la fundamentan invocando a los
genes parental expressed genes (peg) sujetos a imprinting (tienen DMRs) y asociados a la formacioacuten de la placenta con similitud de secuencia a retrotranposones
2) Hipoacutetesis evolutiva del ldquoConflicto Geneacuteticordquo(ldquocierrardquo para IGF2 pero no para IGF2-r)
En especies que muestran paternidad muacutetiple en 1 evento reproductivo (ldquopoliandriardquo)hellip
bull el padre privilegia su propia paternidad a traveacutes del tamantildeo de su descendencia incluso a expensas de los medio-hermanos Y lo hace transmitiendo epialelos activos de genes que promueven el crecimiento fetal p ej IGF2
bull un intereacutes de la madre es distribuir equitativamente sus recursos en toda su progenie aunque nazcan pequentildeos Y lo hace transmitiendo epialelos inactivos de genes que promueven el crecimiento fetal p ej IGF2
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hay un complejo proteico acetilador de histonas (HAT) en ceacutelulas de machos que garantiza la doble expresioacuten de genes en el uacutenico cromosoma X para igualar el nivel de expresioacuten en hembras que tienen dos X
Para tener en cuentahellip
bull los genes sujetos a imprinting evaden las oleadas de metilacioacuten y desmetilacioacuten que ocurren en la reprogramacioacuten epigeneacutetica en el desarrollo embrionario en mamiacuteferos
bull El imprinting puede perderse en animales clonados por transferencia nuclear porque se forma un cigoto ldquoparcialmente asexualrdquo que no se originoacute a partir de ambas liacuteneas germinales donde normalmente se establecen las marcas de imprinting
bull Se ha revelado el ldquoimprintomardquo de cerebro de ratoacuten adulto (Gregg et al agosto 2010) cruzas de ratones endocriados de dos diferentes cepas (para aprovechar polimorfismos y asiacute despueacutes rastrear el origen parental) En las criacuteas F1 (heterocigotas) se hizo RNA-seq masiva (pirosecuenciacioacuten de los cDNAs) Se observoacute sesgo en la expresioacuten materna o paterna de 1300 loci
iquestY la ventajas adaptativas del impritingMorison et al Trends Genet 21 457-65 (2005)
Difiacuteciles de explicar pues el imprinting hace perder la obvia ventaja de la diploidiacutea
1) Hay una teoriacutea (Ishino Develop Growth Diff 2010) que sostiene que el imprinting surgioacute en la evolucioacuten como defensa contra retrotransposicioacuten en una de las dos liacuteneas germinales (en ambas hubiera sido letal) Los autores la fundamentan invocando a los
genes parental expressed genes (peg) sujetos a imprinting (tienen DMRs) y asociados a la formacioacuten de la placenta con similitud de secuencia a retrotranposones
2) Hipoacutetesis evolutiva del ldquoConflicto Geneacuteticordquo(ldquocierrardquo para IGF2 pero no para IGF2-r)
En especies que muestran paternidad muacutetiple en 1 evento reproductivo (ldquopoliandriardquo)hellip
bull el padre privilegia su propia paternidad a traveacutes del tamantildeo de su descendencia incluso a expensas de los medio-hermanos Y lo hace transmitiendo epialelos activos de genes que promueven el crecimiento fetal p ej IGF2
bull un intereacutes de la madre es distribuir equitativamente sus recursos en toda su progenie aunque nazcan pequentildeos Y lo hace transmitiendo epialelos inactivos de genes que promueven el crecimiento fetal p ej IGF2
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bull los genes sujetos a imprinting evaden las oleadas de metilacioacuten y desmetilacioacuten que ocurren en la reprogramacioacuten epigeneacutetica en el desarrollo embrionario en mamiacuteferos
bull El imprinting puede perderse en animales clonados por transferencia nuclear porque se forma un cigoto ldquoparcialmente asexualrdquo que no se originoacute a partir de ambas liacuteneas germinales donde normalmente se establecen las marcas de imprinting
bull Se ha revelado el ldquoimprintomardquo de cerebro de ratoacuten adulto (Gregg et al agosto 2010) cruzas de ratones endocriados de dos diferentes cepas (para aprovechar polimorfismos y asiacute despueacutes rastrear el origen parental) En las criacuteas F1 (heterocigotas) se hizo RNA-seq masiva (pirosecuenciacioacuten de los cDNAs) Se observoacute sesgo en la expresioacuten materna o paterna de 1300 loci
iquestY la ventajas adaptativas del impritingMorison et al Trends Genet 21 457-65 (2005)
Difiacuteciles de explicar pues el imprinting hace perder la obvia ventaja de la diploidiacutea
1) Hay una teoriacutea (Ishino Develop Growth Diff 2010) que sostiene que el imprinting surgioacute en la evolucioacuten como defensa contra retrotransposicioacuten en una de las dos liacuteneas germinales (en ambas hubiera sido letal) Los autores la fundamentan invocando a los
genes parental expressed genes (peg) sujetos a imprinting (tienen DMRs) y asociados a la formacioacuten de la placenta con similitud de secuencia a retrotranposones
2) Hipoacutetesis evolutiva del ldquoConflicto Geneacuteticordquo(ldquocierrardquo para IGF2 pero no para IGF2-r)
En especies que muestran paternidad muacutetiple en 1 evento reproductivo (ldquopoliandriardquo)hellip
bull el padre privilegia su propia paternidad a traveacutes del tamantildeo de su descendencia incluso a expensas de los medio-hermanos Y lo hace transmitiendo epialelos activos de genes que promueven el crecimiento fetal p ej IGF2
bull un intereacutes de la madre es distribuir equitativamente sus recursos en toda su progenie aunque nazcan pequentildeos Y lo hace transmitiendo epialelos inactivos de genes que promueven el crecimiento fetal p ej IGF2
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Ademaacutes en el caso de IGF2 la ausencia de imprinting causariacutea su sobre-expresioacuten y mayor
propensioacuten al tumor de Wilms
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iquestY la ventajas adaptativas del impritingMorison et al Trends Genet 21 457-65 (2005)
Difiacuteciles de explicar pues el imprinting hace perder la obvia ventaja de la diploidiacutea
1) Hay una teoriacutea (Ishino Develop Growth Diff 2010) que sostiene que el imprinting surgioacute en la evolucioacuten como defensa contra retrotransposicioacuten en una de las dos liacuteneas germinales (en ambas hubiera sido letal) Los autores la fundamentan invocando a los
genes parental expressed genes (peg) sujetos a imprinting (tienen DMRs) y asociados a la formacioacuten de la placenta con similitud de secuencia a retrotranposones
2) Hipoacutetesis evolutiva del ldquoConflicto Geneacuteticordquo(ldquocierrardquo para IGF2 pero no para IGF2-r)
En especies que muestran paternidad muacutetiple en 1 evento reproductivo (ldquopoliandriardquo)hellip
bull el padre privilegia su propia paternidad a traveacutes del tamantildeo de su descendencia incluso a expensas de los medio-hermanos Y lo hace transmitiendo epialelos activos de genes que promueven el crecimiento fetal p ej IGF2
bull un intereacutes de la madre es distribuir equitativamente sus recursos en toda su progenie aunque nazcan pequentildeos Y lo hace transmitiendo epialelos inactivos de genes que promueven el crecimiento fetal p ej IGF2
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Ademaacutes en el caso de IGF2 la ausencia de imprinting causariacutea su sobre-expresioacuten y mayor
propensioacuten al tumor de Wilms
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