Site hipersensível à DNase I - DNase I hypersensitive site
Em genética , os locais de hipersensibilidade à DNase I ( DHSs ) são regiões da cromatina que são sensíveis à clivagem pela enzima DNase I. Nessas regiões específicas do genoma, a cromatina perdeu sua estrutura condensada, expondo o DNA e tornando-o acessível. Isso aumenta a disponibilidade do DNA para degradação por enzimas, como a DNase I. Essas zonas de cromatina acessíveis estão funcionalmente relacionadas à atividade transcricional , uma vez que esse estado remodelado é necessário para a ligação de proteínas, como os fatores de transcrição .
Desde a descoberta dos DHSs há 30 anos, eles têm sido usados como marcadores de regiões regulatórias do DNA. Essas regiões foram mostradas para mapear muitos tipos de elementos cis-reguladores, incluindo promotores, potenciadores, isoladores, silenciadores e regiões de controle de locus. Uma medida de alto rendimento dessas regiões está disponível por meio de DNase-Seq .
Análise massiva
O projeto ENCODE se propõe a mapear todos os DHSs do genoma humano com a intenção de catalogar o DNA regulatório humano.
Os DHSs marcam regiões transcricionalmente ativas do genoma, onde haverá seletividade celular. Então, eles usaram 125 tipos diferentes de células humanas. Dessa forma, usando a técnica de sequenciamento massivo, eles obtiveram os perfis de DHSs de cada tipo de celular. Por meio de uma análise dos dados, eles identificaram quase 2,9 milhões de DHSs distintos. 34% eram específicos para cada tipo de célula e apenas uma pequena minoria (3.692) foi detectada em todos os tipos de células. Além disso, foi confirmado que apenas 5% dos DHSs foram encontrados nas regiões TSS (Transcriptional Start Site). Os 95% restantes representaram DHSs distais, divididos de maneira uniforme entre regiões intrônicas e intergênicas. Os dados dão uma ideia da grande complexidade da regulação da expressão genética no genoma humano e da quantidade de elementos que controlam essa regulação.
O mapeamento de alta resolução de DHSs na planta modelo Arabidopsis thaliana foi relatado. Um total de 38.290 e 41.193 DHSs em tecidos de folhas e flores foram identificados, respectivamente.
Ferramentas regulatórias de DNA
O estudo de perfis de DHS combinado com outras técnicas permite a análise de DNA regulador em humanos:
- Fator de transcrição : usando a técnica ChIP-Seq , os locais de ligação ao DNA em certos grupos de fatores de transcrição são determinados e os perfis de DHS são comparados. Os resultados confirmam uma alta correlação, o que mostra que a união coordenada de alguns fatores está implicada na remodelação e acessibilidade da cromatina.
- Padrões de metilação do DNA : a metilação de CpG tem sido intimamente ligada ao silenciamento transcricional. Essa metilação causa um rearranjo da cromatina, condensando-a e inativando-a transcricionalmente. CpG metilado que cai dentro de DHSs impede a associação do fator de transcrição ao DNA, inibindo a acessibilidade da cromatina. Os dados argumentam que o padrão de metilação em paralelo com a acessibilidade da cromatina seletiva de células resulta da deposição passiva após o período de férias dos fatores de transcrição do DNA regulador.
- Assinatura da cromatina do promotor : A modificação H3K4me3 está relacionada com a atividade transcricional. Essa modificação ocorre no nucleossomo adjacente ao local de início da transcrição (SST), relaxando a estrutura da cromatina. Essa modificação da histona é usada como um marcador de promotores, usando-a para mapear esses elementos no genoma humano.
- Conexões promotor / potenciador : os elementos cis-reguladores distais, como os potenciadores, são responsáveis por modular a atividade dos promotores. Desta forma, os elementos cis-reguladores distais são ativamente sincronizados com seu promotor nas linhas celulares que são ativas na expressão do gene controlado. Usando os perfis de DHS, foram procuradas correlações entre DHS para identificar conexões de promotor / intensificador. Assim, foi capaz de criar um mapa de potenciadores candidatos controlando genes específicos.
Os dados obtidos foram validados com a técnica de captura de carbono por captura de conformação cromossômica (5C). Esta técnica baseia-se na associação física existente entre o promotor e os potenciadores, determinando as regiões da cromatina que entram em contacto nas ligações promotor / potenciador.
Foi constatado que a maioria dos promotores estava relacionada com mais de um potenciador, o que indica a existência de uma complicada rede de regulação para a imensa maioria dos genes. Surpreendentemente, eles também descobriram que aproximadamente metade dos intensificadores estavam associados a mais de um promotor. Esta descoberta mostra que o sistema cis-regulatório humano é muito mais complicado do que se pensava inicialmente.
O número de elementos cis-reguladores distais conectados a um promotor está relacionado à média quantitativa da complexidade de regulação de um gene. Desse modo, determinou-se que genes humanos com mais interações com DHSs distais, e com pelo menos mais uma regulação complexa, correspondiam àqueles genes com funções no sistema imunológico. Isso indica que a complexidade dos sinais celulares e ambientais processados pelo sistema imunológico é codificada diretamente na arquitetura cis-regulatória de seus genes constituintes.
Base de dados
- Projeto ENCODE : Banco de Dados de Elementos Regulatórios
- Plant DHSs : PlantDHS