Anàlisi bioinformàtica de seqüències reguladores de l'expressió gènica en eucariotes.

Abstract

El treball realitzat durant el meu doctorat ha estat dirigit a entendre millor l'organització i l'evolució de les regions de DNA que regulen la transcripció. En concret els objectius d'aquesta tesi són: (1) millorar els mètodes in silico de caracterització, representació i predicció de llocs d'unió de factors de transcripció; (2) estudiar les restriccions que actuen sobre la conservació evolutiva de les seqüències reguladores de la transcripció; (3) estudiar l'efecte de la duplicació gènica sobre l'evolució de les seqüències reguladores de la transcripció i sobre l'expressió gènica.<br/><br/>El primer capítol, presenta el desenvolupament del programa PROMO, per predir llocs d'unió de factors de transcripció (TFBSs) en una seqüència de DNA o en un conjunt de seqüències. Per una espècie determinada o un determinat nivell taxonòmic, PROMO construeix matrius de pes a partir de seqüències de TFBSs coneguts que són utilitzades per fer la predicció. La predicció simultània sobre múltiples seqüències permet descobrir elements de regulació comuns i es pot aplicar, per exemple, per a comparar regions reguladores de gens ortòlegs o de gens que s'expressen en el mateix teixit. <br/><br/>En el segon capítol es presenta l'estudi en que vàrem demostrar la hipòtesi de que el nombre de teixits en que un gen s'expressa està relacionat de manera significativa amb el grau de conservació de la seqüència del promotor. Mostrem que els gens housekeeping de mamífers, els que s'expressen en tots o gairebé tots els teixits, tenen una menor conservació de la seqüència del promotor que els gens que s'expressen en un subconjunt de teixits. <br/><br/>El tercer i darrer capítol presenta un estudi sobre l'efecte de la duplicació gènica sobre l'evolució de les seqüències reguladores de la transcripció. S'han fet molts estudis sobre l'efecte de la duplicació gènica sobre la divergència de les seqüències proteiques, però poc es coneix de com aquest procés afecta l'evolució de les seqüències reguladores de l'expressió gènica. En aquest treball hem trobat que el nombre de duplicacions gèniques mostra una relació positiva amb la divergència del promotor, la taxa de substitucions no-sinònimes de la seqüència codificant i la divergència de l'expressió tissular. Per tant, la duplicació gènica no només condueix a un increment de les mutacions aminoacídiques, sinó a una acceleració de la divergència de seqüències involucrades en la regulació de l'expressió gènica.

Goal of this thesis is to better understand the organization and evolution of DNA regions that regulate gene transcription. Particular aims are: (1) to improve in silico methods of characterization, representation and prediction of transcription factor binding sites; (2) to study the constraints that affect the evolutionary conservation of transcription regulatory sequences; (3) to study the effect of gene duplication on the evolution of transcription regulatory sequences and gene expression.<br/><br/>The first chapter describes the development of PROMO, a software program to predict transcription factor binding sites (TFBSs) in DNA sequences using species-tailored positional weight matrices. Simultaneous prediction on multiple sequences can be applied to discover common regulatory elements in promoters of orthologous genes or co-expressed genes.<br/><br/>In the study presented in the second chapter, the hypothesis that the number of tissues in which a gene is expressed is related in a significant manner to the extent of promoter sequence conservation is tested. It is shown that mammalian housekeeping genes, those expressed in all or nearly all tissues, have lower promoter sequence conservation than genes expressed in a subset of tissues.<br/><br/>The third and final chapter presents a study about the effect of gene duplication on the evolution of transcription regulatory sequences. Many studies have been carried out on the effect of gene duplication on protein sequence divergence, but little is known of how this process affects the sequences that regulate gene expression. It is shown here that gene duplication is associated with increased protein sequence divergence, increased promoter sequence divergence, and increased tissue expression divergence. Therefore, gene duplication drives not only an increase in amino-acidic mutations but also an acceleration of divergence of DNA sequences involved in the regulation of gene expression.