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Regulación de número de copia y CNV

Regulación de número de copia y CNV



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Tengo algunos genes que mostraron una pérdida de número de copias entre dos grupos. Ahora quiero ver la regulación del número de copias de esos genes. Realmente no conozco este concepto. ¿Alguien puede decirme claramente sobre esto, por ejemplo, por qué necesitamos verificar la regulación de los genes de pérdida de número de copias? ¿Y alguna idea de cómo hacer esto?

Gracias


Podría ser útil si nos mostrara qué tipo de datos está viendo, ya que las variaciones en el número de copias y la expresión génica se pueden detectar de maneras similares pero distintas.

En términos generales, tanto la expresión génica como las CNV se detectan contando el número de lecturas que se asignan a una región genómica determinada. La diferencia es que las CNV se detectan mediante secuenciación de ADN, mientras que la expresión génica se detecta mediante secuenciación de ARN. Ésta es una distinción importante porque las CNV son una característica genómica más estable que la expresión génica. Revisar el Dogma central puede ayudar si esto es confuso.

En el contexto de su problema, lo principal que debe comprender es que las CNV pueden ejercer una influencia sobre la expresión génica, pero la expresión génica no puede ejercer una influencia sobre las CNV. Tener menos copias de un gen significa que el proceso de transcripción del ARN para expresarlo no puede proceder tan rápido como es normal. Entonces, en un organismo con el gen X que muestra una pérdida del número de copias, tiene sentido esperar una expresión disminuida del gen X que en los organismos cuyo genoma incluye más copias de ese gen X. Si está pidiendo una clase de pregrado, lo más probable es que esto sea todo. se espera que comprenda sobre la "regulación del número de copias": la tasa máxima de transcripción de un gen depende de cuántas copias de ese gen estén disponibles para la transcripción.

La regulación genética se vuelve importante para comprender cómo un organismo con menos copias del gen X en su ADN puede tener la misma cantidad de ARN del gen X expresado que un organismo con un número normal de copias del gen X. Suponga que alguna molécula, M, es necesario para la expresión de X pero se degrada al poco tiempo. La célula enviará M al núcleo siempre que necesite que X se exprese y el número de transcripciones X producidas por molécula de M dependerá del número de X copias disponibles para la transcripción. Si M es abundante y se puede enviar continuamente al núcleo, entonces la célula con menos copias de X puede, teóricamente, producir tanto X como la célula con un número normal de X copias, aunque tardará un poco más. Si, en cambio, M es un recurso finito dentro de la célula, entonces la cantidad de X expresada en las células con menos copias del gen debería ser consistentemente más baja que en las células con más copias.

Por supuesto, si M es producido por un gen que exhibe ganancia / pérdida de número de copias, entonces eso también podría jugar un papel importante en la cantidad de transcripciones de ARN X que detecte finalmente (incluso en el caso de que X realmente tenga un número de copia neutral). Espero que esto ayude.


Variación del número de copia

Las variaciones en el número de copias (CNV) actualmente se entienden con mayor frecuencia como ganancias o pérdidas submicroscópicas de material cromosómico, ya sea relacionadas con una enfermedad o simplemente una de las muchas variantes genéticas posibles en el hombre. Sin embargo, hace décadas, además de estas CNV submicroscópicas, el análisis cromosómico reveló la existencia de variaciones citogenéticas visibles en el número de copias (CG-CNV). En este capítulo se ofrece un breve resumen de la historia citogenética, destacando la primera detección y sobreinterpretación y los posibles significados de las CG-CNV. Además, las CG-CNV heterocromáticas y eucromáticas se distinguen de las CNV submicroscópicas y se introducen algunas características específicas de cada grupo.


Biología de la NVC en los trastornos del neurodesarrollo

Las NVC patógenas se comparten entre los trastornos del neurodesarrollo y neuropsiquiátricos.

Comprender la regulación epigenética proporciona información importante no solo sobre la fisiopatología de la NVC sino también sobre el desarrollo terapéutico.

Los biomarcadores cuantitativos son esenciales para comprender mejor la patología de la NVC.

Las variantes de número de copias (CNV), caracterizadas en los últimos años por tecnología de vanguardia, añaden complejidad a nuestro conocimiento del genoma humano. Las NVC contribuyen no solo a la diversidad humana, sino también a diferentes tipos de enfermedades, incluido el retraso del desarrollo neurológico, el trastorno del espectro autista y las enfermedades neuropsiquiátricas. Curiosamente, muchas NVC patógenas se comparten entre estas enfermedades. Los estudios sugieren que la fisiopatología de la enfermedad puede no atribuirse simplemente a un solo gen impulsor dentro de una NVC, sino también que los efectos multifactoriales pueden ser importantes. La expresión génica y los fenotipos resultantes también pueden verse afectados por alteraciones epigenéticas y cambios estructurales cromosómicos. En combinación con la genética humana y la biología de sistemas, se espera que la investigación integradora mediante enfoques multidimensionales que utilicen modelos animales y celulares de CNV mejore la comprensión de los mecanismos fisiopatológicos de los trastornos del neurodesarrollo y los trastornos neuropsiquiátricos.


La variación del número de copias del gen SHH bovino está asociada con los rasgos de conformación corporal en el ganado vacuno chino

Sonic Hedgehog (Shh) regula muchos procesos de desarrollo clave durante el desarrollo de las extremidades de los vertebrados, la formación de grasa y la regeneración del tejido esquelético. Los datos actuales de secuenciación del genoma completo han identificado un mapeo de variación del número de copias para el gen Sonic Hedgehog bovino (SHH-CNV). El objeto de este estudio fue caracterizar las distribuciones de SHH-CNV en 648 individuos de 11 poblaciones de ganado chino e investigar más a fondo las asociaciones de los cambios en el número de copias con la expresión génica y los rasgos de crecimiento del ganado. El SHH-CNV mostró una alta variación dentro del ganado amarillo indígena chino. En comparación con el yak y el ganado lechero, el ganado de carne como las razas Luxi y Xianan tenía un número medio de copias significativamente más alto, lo que sugiere la diversidad de SHH-CNV en las selecciones de ganado de carne. La correlación negativa de SHH-CNV con el nivel transcripcional de SHH en tejido adiposo adulto (P & lt 0.01) indicó los efectos de la dosis de SHH-CNV relacionados con la formación de grasa bovina. Se realizó un análisis de asociación de SHH-CNV y rasgos de tamaño corporal en cinco razas. Los resultados revelaron que el tipo de ganancia de número de copias de SHH-CNV exhibió una profundidad de pecho significativamente mejor en el ganado Qinchuan de 24 meses, y un mejor peso corporal, longitud corporal y circunferencia del pecho en el ganado Nanyang de 18 meses, mientras que el número de copias normal tuvo una mayor circunferencia del pecho y peso corporal en bovinos adultos de Jinnan (P & lt 0,05 o P & lt 0,01). En resumen, esta investigación descubrió efectos significativos de SHH-CNV sobre la expresión génica y los rasgos fenotípicos del ganado, lo que indica sus posibles aplicaciones para la mejora genética del ganado de carne.

Palabras clave: Asociaciones Ganado Variación del número de copias Rasgo de crecimiento Sonic Hedgehog.


La sensibilidad a la dosis da forma a la evolución de regiones variadas con número de copias

La sensibilidad a la dosis es una fuerza evolutiva importante que influye en la capacidad de dispensabilidad y duplicación de genes. Los nuevos datos disponibles sobre la variación del número de copias humanas (CNV) permiten un análisis de la evolución más reciente y en curso. Siempre que las deleciones y duplicaciones de genes heterocigotos realmente cambien la dosis de genes, esperamos observar una selección negativa contra las NVC que abarquen genes sensibles a la dosis. En este estudio, utilizamos varias fuentes de datos genéticos de poblaciones para identificar la selección de variaciones estructurales de genes sensibles a la dosis. Mostramos que las CNV pueden afectar directamente los niveles de expresión de los genes contenidos. Encontramos que los genes que codifican miembros de complejos de proteínas exhiben una variación de expresión limitada y se superponen significativamente con un conjunto derivado manualmente de genes sensibles a la dosis. Mostramos que los complejos y otros genes sensibles a la dosis están subrepresentados en las regiones de CNV, con un sesgo particular contra las variaciones y duplicaciones frecuentes. Estos resultados sugieren que la sensibilidad a la dosis es una fuerza significativa de selección negativa en las regiones de variación del número de copias.

Declaracion de conflicto de interes

Intereses en competencia: los autores han declarado que no existen intereses en competencia.

Cifras

Figura 1. Una representación en red de…

Figura 1. Representación en red de la base de datos CORUM.

Los nodos representan complejos y están ordenados ...

Figura 2. Coeficientes de variación de la expresión génica ...

Figura 2. Coeficientes de variación de la expresión génica (CV), definida como desviación estándar normalizada a la expresión ...

A) Efectos de la resolución y rango dinámico de matrices de expresión en CV. La variación medible en la expresión génica está limitada por la sensibilidad de la tecnología de matriz empleada. Los genes que se expresan a niveles extremadamente bajos, o que no se expresan en absoluto, se agrupan en la región de baja expresión / bajo CV. En gris se muestran los genes que se excluyeron de cálculos posteriores (desviación estándar ). B) Los genes CORUM tienen CV significativamente más pequeños que los genes que no son CORUM. Valores atípicos más allá no se muestran. C) Los complejos CORUM grandes exhiben CV promedio más bajos de sus miembros.

Figura 3. Diferencia entre eliminación (blanco) y…

Figura 3. Diferencia entre variaciones de deleción (blanco) y duplicación (negro) en individuos HapMap.

Los histogramas muestran la proporción de niveles de expresión promedio entre individuos con y sin CNV para todos los genes dentro de una región de CNV. El cambio entre las dos distribuciones es significativamente mayor de lo que cabría esperar por casualidad (MWU: ).

Figura 4. Relación de hibridación de la matriz WGTP ...

Figura 4. Relación de la intensidad de hibridación de la matriz WGTP sobre el nivel de expresión relativo para cuatro ejemplos ...

Figura 5. Distribución de la correlación de Pearson promedio ...

Figura 5. Distribución de los coeficientes de correlación de Pearson promedio entre todos los miembros de complejos de proteínas conocidos ...


Patrones divergentes de variación del número de copias génicas en el gen KCNIP1 revelan locus de riesgo de diabetes tipo 2 en la población china

La variación del número de copias (CNV) ha surgido como otro marcador genético importante además del SNP para comprender la etiología de enfermedades complejas. La proteína 1 que interactúa con el canal Kv (KCNIP1) es un modulador transcripcional dependiente de Ca 2+ que contribuye a la regulación de la secreción de insulina. El ensayo anterior de CNV de todo el genoma identificó el gen KCNIP1 que abarca una región de CNV, sin embargo, su efecto adicional y la tasa de riesgo en la diabetes tipo 2 (T2D) rara vez se han abordado, especialmente en la población china. El presente estudio tiene como objetivo detectar y excavar el perfil de distribución genética de KCNIP1 CNV en la diabetes tipo 2 de China y las poblaciones de control, y además investigar las asociaciones con las características clínicas. Se identificaron patrones divergentes de la CNV de KCNIP1 (p & lt 0,01), en los que la ganancia del número de copias fue predominante en la diabetes tipo 2, mientras que el número de copias normal representó la mayor parte en el grupo de control. De manera consistente, los individuos con aumento en el número de copias mostraron un riesgo significativo en T2D (OR = 4.550, p & lt 0.01). Los números de copias de KCNIP1 presentaron correlaciones significativamente positivas con la glucosa plasmática en ayunas y la hemoglobina glucosilada en la diabetes tipo 2. Para la prueba OGTT, los pacientes con DM2 con aumento del número de copias tenían contenidos de glucosa notablemente elevados (60, 120, 180 min, p & lt 0,05 o p & lt 0,01) y niveles de insulina disminuidos (60, 120 min, p & lt 0,05) que aquellos con pérdida de número de copias y normal, lo que sugirió que la CNV de KCNIP1 se correlacionó con la acción de la glucosa y la insulina. Este es el primer estudio de asociación de CNV del gen KCNIP1 en la población china, y estos datos indicaron que KCNIP1 podría funcionar como un gen de susceptibilidad a la T2D cuya desregulación altera la producción de insulina.

Palabras clave: Asociación Variación del número de copias del gen KCNIP1 Diabetes tipo 2.


Un estudio de asociación de todo el genoma entre la variación del número de copias (CNV) y la altura humana en la población china

La variación del número de copias (CNV) es un tipo de variación genética que puede tener un papel importante en la variabilidad fenotípica y la susceptibilidad a enfermedades. Para buscar variantes genéticas subyacentes a la variación de la altura humana, realizamos un estudio de asociación de CNV en todo el genoma para la altura humana en 618 sujetos chinos no relacionados utilizando el conjunto de matrices Affymetrix 500K. Después de ajustar por edad y sexo, encontramos que cuatro CNV en 6p21.3, 8p23.3-23.2, 9p23 y 16p12.1 se asociaron con la altura humana (con un valor de p significativo limítrofe: 0.013, 0.011, 0.024, 0.049 respectivamente). Sin embargo, después de la corrección de múltiples pruebas, ninguna de ellas se asoció con la estatura humana. Observamos que la ganancia de número de copias (más de 2 copias) en 8p23.3-23.2 se asoció con una menor altura (número de copias normal frente a ganancia de número de copias: 161.2 cm frente a 153.7 cm, p = 0.011), lo que representó para 0,9% de variación de altura. La pérdida del número de copias (menos de 2 copias) en 6p21.3 se asoció con un 0,8% menos de altura (pérdida del número de copias frente al número de copias normal: 154,5 cm frente a 161,1 cm, p = 0,013). Dado que no hay genes importantes que influyan en la altura ubicados en las CNV en los loci de 8p23.3-23.2 y 6p21.3, las dos CNV pueden causar reordenamientos estructurales de genes candidatos importantes vecinos, por lo que regula la variación de la altura. Nuestros resultados amplían nuestro conocimiento de los factores genéticos que subyacen a la variación de la altura y la regulación biológica de la altura humana.

Copyright  © 2010 Instituto de Genética y Biología del Desarrollo y Sociedad de Genética de China. Publicado por Elsevier Ltd. Todos los derechos reservados.


Discusión

Hemos demostrado que el número de copias es un parámetro de control clave en la dinámica de expresión de motivos de redes simples. Cambiar el número de copias puede hacer que una red cambie a un estado de expresión génica de equilibrio completamente diferente y lo mueva hacia y desde un régimen oscilante. Nuestros resultados contrastan con las afirmaciones anteriores de que la expresión del gen objetivo es proporcional al número de copias del gen (42, 43). La expresión génica puede estar relacionada de forma no lineal con el número de copias del gen debido a las retroalimentaciones que se encuentran incluso en los motivos de red más simples. Estas no linealidades se encuentran incluso cuando se mantiene el equilibrio entre los componentes de los genes. Aunque no todas las NVC a pequeña escala conducirán a cambios a gran escala en la expresión génica, hemos encontrado un conjunto de principios para comprender cuándo puede ocurrir tal vínculo. En los casos de retroalimentación positiva, retroalimentación biestable y motivos de interruptores de palanca, podemos encontrar condiciones generales para la presencia de sensibilidad cualitativa al número de copias. En términos más técnicos, hemos resuelto las condiciones suficientes para la existencia de bifurcaciones de nodo silla dentro de un conjunto de sistemas dinámicos no lineales. Esto tiene consecuencias dramáticas para el análisis sistemático de la aparición y el mantenimiento de la NVC.

Es importante destacar que nuestros hallazgos se mantienen a pesar de la variación significativa en los valores de los parámetros asociados con los detalles moleculares del reclutamiento regulado (ver Apéndice SI). Por tanto, la sensibilidad de los motivos a CNV puede aplicarse a una amplia gama de contextos celulares. Se ha destacado la robustez de las redes reguladoras genéticas al ruido (44, 45) y la duplicación de genes (46, 47). Nuestros hallazgos sugieren que existen límites para la robustez, particularmente con respecto a la duplicación de genes. Las condiciones de bifurcación que derivamos para cada motivo proporcionan una guía en cuanto al rango de parámetros cinéticos en los que se puede esperar la fragilidad de la red.

Quedan muchos desafíos en el estudio del vínculo entre la NVC y los efectos fenotípicos. Las redes que hemos considerado son pequeños componentes de complejas redes reguladoras de genes. Sigue siendo una pregunta abierta si y en qué medida estos resultados se escalan a redes más grandes y complejas (23, 29, 48). Por ejemplo, ¿cómo han evolucionado las redes reales con respecto a los valores críticos del número de copias que pueden conducir a cambios cualitativos en el comportamiento del sistema? Aunque hemos estudiado el efecto de variar el número de copias de motivos, vale la pena examinar los efectos de los desequilibrios en el número de copias en motivos complejos. Tenga en cuenta que, en este artículo, hemos asumido motivos de red completamente acoplados, mientras que la dinámica del transporte intracelular de elementos reguladores es ciertamente más compleja (38, 49). Hay una serie de áreas en las que creemos que es probable que un examen más detallado produzca éxitos en la aplicación de la teoría presentada aquí: dinámica del fago-huésped, biología sintética y evolución a través de la duplicación de genes. Discutimos cada una de estas áreas a continuación.

Primero, en el caso de la dinámica huésped-fago, puede haber presión de selección que favorezca la sensibilidad al número de copias, como en el caso de los virus templados cuya estrategia de explotación depende de la multiplicidad de la infección (5, 39). En ref. 6, demostramos que el número de copias de ADN del fago dentro de una célula bacteriana tiene un efecto dinámico en el circuito de toma de decisiones del bacteriófago & # x003bb. Por tanto, los fagos coinfectantes pueden, en principio, tomar decisiones colectivas sobre el destino de una célula. Un pequeño número de virus puede dirigir la maquinaria reguladora hacia la lisis, mientras que la coinfección de un solo huésped por muchos virus conduce a una infección latente. Los diferentes fagos difieren en su respuesta a la coinfección, por lo que es probable que la respuesta a los módulos de decisión de acoplamiento sea una característica evolutiva de las historias de vida de los fagos. Una hipótesis alternativa para el vínculo entre el destino celular y la infección múltiple es que cada genoma de fago inyectado experimenta un microambiente distinto (38). Incluso en tal caso, la coordinación de la respuesta de los fagos depende de la sincronización de los módulos de decisión, aunque quizás en diferentes escalas de tiempo.

A continuación, de relevancia para la biología sintética, la CNV puede alterar la dinámica de las redes reguladoras de genes que han sido diseñadas de novo o modificado para adquirir nuevas funciones (50). Aquí, discutimos brevemente dos estudios experimentales en los que se observaron cambios cualitativos en la expresión génica en redes sintéticas como consecuencia de cambios a pequeña escala en el número de copias de componentes reguladores de genes. En un caso, un E. coli El circuito regulador de genes fue diseñado para exhibir oscilaciones sostenidas y comportamiento de interruptor de palanca (26). El número de copia de un módulo activador de llave en el circuito (controlado por el glnAp2 promotor) se incrementó insertándolo más cerca del origen de replicación. La comparación de la expresión génica mostró una disminución del 20% en el grado de amortiguación de las oscilaciones cuando el activador se encontraba cerca del origen en lugar de cerca del término. En otro caso, se diseñó una vía de respuesta de feromonas de levadura en ciernes rediseñada para exhibir una respuesta biestable a la inducción de feromonas (27). La biestabilidad dependía sensiblemente del número de módulos de retroalimentación positiva insertados en las células de levadura. Un mínimo de 3 copias en tándem del PFUS1J1& # x02212STE11La construcción & # x00394N era necesaria para una respuesta de retroalimentación positiva sostenida, mientras que 1 o 2 copias no conducían a una respuesta sostenida. Aunque estos son solo dos ejemplos, ambos sugieren que pueden ser necesarios estudios experimentales de la sensibilidad de pequeños circuitos genéticos a la CNV si los motivos reguladores se van a utilizar como bloques de construcción confiables de redes más complejas (23).

Finalmente, la duplicación de genes se considera un factor importante en la evolución de nuevos fenotipos. Según la teoría de la neofuncionalización, los genes duplicados son inicialmente redundantes y, en ocasiones, uno de un par duplicado puede divergir para realizar alguna función nueva (8). De hecho, el número de pares de genes duplicados retenidos es inesperadamente alto, con una amplia evidencia experimental de que los genes duplicados retienen la compensación funcional durante largos períodos de tiempo (4, 51, 52). Los genes o motivos duplicados pueden no ser estrictamente redundantes, ni siquiera inicialmente. La evolución de los motivos de la red posterior a la duplicación puede depender del contexto de la red global (24). En el marco teórico actual, es evidente que una copia adicional de un gen o motivo causado por un evento de duplicación puede conducir a un cambio en la expresión más allá de algún umbral funcional. Por lo tanto, una nueva característica podría surgir inmediatamente, aumentando o modificando la función anterior. La posibilidad de que los genes duplicados no sean redundantes está respaldada por varios estudios evolutivos (25, 53). Esto no quiere decir que la expresión de genes a gran escala dado un evento de duplicación de genes deba ser la norma. Por el contrario, si el efecto de una copia adicional fuera amortiguado de alguna manera, entonces el actual marco dinámico de regulación genética sería consistente con un modelo de evolución vía neofuncionalización.

Estos tres ejemplos biológicos reflejan una pequeña fracción de la investigación en curso por parte de científicos de muchas disciplinas para comprender cómo la CNV impacta una amplia gama de fenómenos biológicos. Aunque nuestro tratamiento de la regulación génica se acerca más a los mecanismos de reclutamiento regulado dentro de bacterias y virus, imaginamos que un efecto de número de copias puede estar presente desde virus hasta eucariotas superiores. Este efecto puede tener como sello distintivo un cambio dramático en la expresión genética dado un pequeño cambio en el número de copias. Incluso si un cambio tan dramático representa la excepción en las redes reguladoras de genes, cuando tal cambio ocurre, puede tener implicaciones excepcionales en la modificación de la función biológica. Ya sea en el caso de la variación estructural genómica en humanos o en las infecciones por bacteriófagos, la variación en el número de copias es ubicua. Como mínimo, esperamos haber proporcionado algunos primeros pasos hacia la construcción de modelos cuantitativos de reclutamiento regulado que tengan en cuenta la CNV.


Discusión

En este estudio, identificamos 170 CNV humanas ubicadas dentro de 34 regiones de puntos calientes de primates de formación de CNV. Los puntos calientes estructuralmente plásticos parecen haber permanecido activos en los tres linajes a pesar de estar separados por más de 25 millones de años de evolución. La mayoría de los puntos calientes de primates se superponen con elementos genómicos funcionales, especialmente genes relacionados con la inmunidad. Una porción significativa de estos genes que se superponen con los puntos calientes de primates parecen haber evolucionado bajo selección positiva (Figura 4c) y también se sabe que algunos de estos genes están evolucionando bajo selección equilibrada en humanos (por ejemplo, el HLA, PHDB, y LILR familias). Como tal, la evolución y el mantenimiento de los puntos críticos de CNV de primates pueden ser una respuesta a diversas presiones ambientales que actúan sobre los genes que residen en estos puntos críticos. La plasticidad mantenida puede proporcionar la flexibilidad mutacional para que estos genes se adapten rápidamente a las presiones selectivas cambiantes. Por lo tanto, no es sorprendente ver que múltiples genes relacionados con el sistema inmunológico son variables en número de copias entre primates, posiblemente resonando con la 'hipótesis de la Reina Roja': que la diversificación constante de los genes del sistema inmunológico del huésped y los genes de defensa del parásito está en respuesta a cambios en las defensas de los demás [21].

Por ejemplo, observamos un enriquecimiento significativo de CNV de HCR en una región del cromosoma 19 correspondiente al grupo de receptores de leucocitos (LRC). En los seres humanos, esta región de 1 Mb abarca varias familias de genes de receptores similares a inmunoglobulina (Ig), incluidos grupos de genes que codifican múltiples receptores similares a Ig de leucocitos (LILR), receptores similares a Ig asociados a leucocitos (LAIR) e Ig de células asesinas. como receptores (KIR). Los KIR tienen un papel multifacético en dos procesos, la defensa inmunológica y la reproducción, e interactúan con las moléculas de la superficie celular codificadas por el locus del MHC de clase I, otra región que muestra una rápida evolución y variación en el número de copias. Estas interacciones epistáticas probablemente requieran la coevolución de MHC y KIR, similar a la coevolución de las defensas parasitarias y del hospedador descritas anteriormente. Bajo presiones patógenas en constante cambio, podría mantenerse una mayor parte de esta variación, especialmente entre los primates, que, debido a su compleja dinámica social, tienen tasas de transferencia patógena más altas [22]. Por lo tanto, es probable que al menos algunos de estos puntos críticos de CNV de primates se mantengan bajo presiones selectivas dinámicas, lo que permite la variabilidad del número de copias en estos loci.

Otras categorías ontológicas de genes están representadas, aunque con menos frecuencia, en los puntos críticos de NVC de primates observados. Por ejemplo, los pepsinógenos (PGA family) son precursores de la pepsina (una de las principales enzimas digestivas) y pueden participar en la adaptación ambiental local de los primates [23]. Tal adaptación sería similar a la del gen que codifica la amilasa en los seres humanos, donde diferentes números de copias del gen de la amilasa evolucionaron como una adaptación a los hábitos alimentarios [7]. Del mismo modo, genes como CHYS1, implicados en la cicatrización de heridas, también son dignos de mención. Más sorprendentes son las familias de genes como PHDB y CBX, que pueden estar implicados en la función neural [24] y, entre otras funciones, en el desarrollo de los testículos [25], respectivamente. Estos hallazgos proporcionan un marco inicial para los estudios funcionales para establecer hasta qué punto la variación en estos genes ha contribuido a la evolución de los primates.

En su artículo clásico, King y Wilson [26] reconocieron la similitud entre las macromoléculas en chimpancés y humanos, y señalaron que la regulación de la cantidad de estas macromoléculas durante las diferentes fases de desarrollo puede explicar la mayoría de las diferencias fenotípicas. En este marco teórico, la variación del número de copias puede ser uno de los principales mecanismos para regular los niveles de expresión dentro y entre las especies (Figura 5a). De hecho, los genes que se superponen con las CNV de HCR tenían más probabilidades de expresarse diferencialmente entre las tres especies de primates estudiadas aquí y de haber evolucionado bajo selección positiva en primates (Figuras 4c y 5b). Más evidencia indica que las diferencias de expresión intraespecíficas también son significativamente mayores en los genes que caen en los puntos calientes de los primates (Figura 5b Figura S9 en el archivo adicional 2). No es sorprendente que, además de las CNV de HCR que se superponen con las regiones codificantes de los genes, encontramos que al menos dos CNV de HCR se superponen directamente con regiones potenciadoras conocidas que están altamente conservadas a nivel de secuencia (Figura 5c). La redundancia en potenciadores se ha relacionado con la robustez fenotípica en moscas de la fruta (Drosophila melanogaster), especialmente cuando se expone a la variabilidad genética y ambiental [27]. Por lo tanto, el mantenimiento de la variación del número de copias en los elementos potenciadores en primates puede reflejar de manera similar la respuesta evolutiva para mantener la robustez fenotípica en presiones selectivas variables y rápidamente cambiantes. Al cambiar el número y la posición de los genes o los elementos reguladores presentes en un solo genoma, es probable que las CNV afecten la regulación génica.

Impacto de las CNV en la regulación genética. (a) Existen múltiples formas en las que las CNV pueden afectar la transcripción superponiendo regiones codificantes de los genes. (B) Blekhman y col. (2010) utilizaron datos de RNA-seq para determinar si genes específicos se expresan diferencialmente entre humanos, chimpancés y macacos [32]. Basándonos en sus resultados, representamos gráficamente la proporción de CNV (H) y CNV de hotspot (HCR) humanas que se expresan diferencialmente entre especies. En particular, 3.423 de los genes Ensembl analizados por Blekhman et al. (2010) se superponen con las NVC humanas. Con base en estos datos, aquí trazamos la proporción de genes que se expresan diferencialmente entre dos o las tres especies, evolucionaron bajo selección direccional en el linaje humano (humano direccional) o bajo selección estabilizadora (es decir, sin diferencias de expresión entre especies) . (C) Al menos tres CNV de HCR se superponen con regiones con señales claras de potenciador y / o promotor en el genoma. Para visualizar la actividad potenciadora y promotora, utilizamos la pista H3K4Me3 generada por el consorcio ENCODE [33] del UCSC Genome Browser.

Además, dos estudios recientes demostraron que la variación del número de copias en un locus afecta los niveles de expresión en otros loci. Uno de estos estudios mostró que el nivel de expresión de un gen puede cambiarse mediante la alteración de la variación del número de copias de otro gen que comparte la misma región promotora [28]. El otro estudio demostró que el pseudogen expresado de PTEN actúa como una esponja para los microARN. Como tal, la deleción del pseudogén aumentó posteriormente el número de moléculas de microARN, que, a su vez, pueden regular negativamente la expresión del gen parental [29].


Conclusiones

En conclusión, nuestro estudio de la CNV sugiere que NPY4R varía en el número de copias y que el número de copias de genes más común es cuatro por genoma, no dos como se informó anteriormente por otros investigadores. Un estudio comparativo requeriría muchas más personas para sacar conclusiones a nivel de población y, especialmente, para investigar las diferencias en el número de copias entre poblaciones. Debido a la CNV y al rol de NPY4R y su polipéptido pancreático ligando en la regulación de la ingesta de alimentos, este gen es un fuerte candidato para contribuir a la variación del peso corporal y la obesidad. Sin embargo, su función exacta queda por investigar, ya que la NVC en esta región ha mostrado una correlación tanto positiva como negativa con el IMC [5, 11, 13, 14]. Hemos demostrado aquí que la calidad de los datos de secuenciación juega un papel crucial en el análisis de profundidad de lectura y que los métodos para la determinación del número de copias pueden diferir en precisión. Basándonos en múltiples estudios de CNV [20, 30, 37, 38, 43, 48,49,50], así como nuestros propios resultados, sugerimos que ddPCR es un método confiable para la determinación de CNV que puede usarse para calibrar el análisis de profundidad de lectura.


Ver el vídeo: plasmid copy number regulation. What is meant by copy number of plasmid? low copy number plasmid (Agosto 2022).