RICERCA ITALIANA     

Plasticita’ delle regioni pericentromeriche nell’evoluzione e loro organizzazione tridimensionale nel nucleo

Università degli Studi di Bari

Abstract

Studi recenti hanno evidenziato un’incredibile variabilità interindividuale del genoma umano che consiste nelle Variazioni del Numero di Copie (CNV). Nonostante le CNV a livello di popolazione sono spesso considerate come una scoperta senza precedenti, dal punto di vista evolutivo le CNV non sono affatto sorprendenti. La maggior parte delle duplicazioni segmentali (66%) sono condivise dallo scimpanzè (~80 Mb), mentre il restante 33% (~27 Mb) appare essere uomo specifica. Chiaramente, 27 Mb sono state generate e si sono fissate nella popolazione dopo la divergenza homo/scimpanzè (~6 milioni di anni fa). Se 27 Mb si sono fissate, possiamo ragionevolmente ipotizzare che molte delle altre duplicazioni segmentali si trovano in uno stato eterozigote. Le regioni che presentano duplicazioni segmentali sono arricchite di CNV, dimostrando un link tra queste due entita'.

La variabilità genetica e' favorita dalla riproduzione sessuale e dagli scambi meiotici. Cosa accade per gli organismi asessuali? Studi molto recenti sui rotiferi suggeriscono che le duplicazioni geniche forniscono la variabilita' di cui essi hanno bisogno per adattarsi ed evolvere (Pouchkina-Stantcheva et al. 2007). La quantità di CNV trovate in uomo indicano che esse rappresentano un’ulteriore importante fonte di variabilità. Il caso dell'amilasi recentemente riportato e' un caso paradigmatico (Perry et al. 2007)

Le regioni pericentromeriche in uomo portano circa >>>

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Mario Ventura Università degli Studi di BARI

Obiettivo del Programma di Ricerca

Ipotesi: Il seguente progetto è uno studio pilota rivolto alla caratterizzazione completa di regioni pericentromeriche selezionate di primati non-umani, per trarre ipotesi sul meccanismo delle duplicazioni pericentromeriche. A causa della loro elevata complessità genomica, dovuta alle duplicazioni segmentali e al DNA satellite, le regioni pericentromeriche sono difficili da assemblare. È richiesto un lavoro attento per la loro caratterizzazione e per il loro sequenziamento. Noi ci prefiggiamo di studiare 7 regioni pericentromeriche di primati, a livello di sequenza e a livello dell’organizzazione nucleare, come impegno attento per complementare specifici progetti di sequenziamento di genomi di primati.
Dati recenti hanno mostrato che le duplicazioni segmentali e i CNV costituiscono elementi cruciali che assicurano variabilità all’interno di una popolazione. In questo contesto, noi confronteremo i nostri risultati nei primati non-umani con la sequenza umana, per una migliore comprensione dell’evoluzione delle regioni pericentromeriche.

Obiettivi: Gli obiettivi principali di questo progetto sono:
1) una completa caratterizzazione di 7 regioni pericentromeriche nei primati (orango, macaca e marmoset);
2) Confronto di queste regioni selezionate appartenenti a rappresentanti delle Grandi Scimmie (orango), delle Scimmie del Vecchio Mondo (macaca) e delle Scimmie del Nuovo Mondo (marmoset), con regioni pericentromeriche umane completamente >>>

Risultati parziali attesi

La presente applicazione produrra’:
- sequenze parziali delle regioni pericentromeriche dei cloni selezionati;
- contigui completi di bac nelle regioni selezionate.

Questi risultati permetteranno una migliore comprensione ed organizzazione di queste peculiari regioni nei primati. In particolare loro aiuteranno nella comprensione delle differenze tra centromeri normali e nuovi centromeri per quanto riguarda le relative regioni pericentromeriche.

Inoltre, produrremo analisi comparative dettagliate delle regioni pericentromeriche di scimmie del vecchio mondo (macaca) contro quelle del nuovo mondo (callitrix) .Dati riportati prima hanno messo in luce una chiara differenza tra le regioni pericentromeriche di questi due tipi di scimmie, dimostrando grossi blocchi di alfa satellite nel babbuino (scimmia del vecchio mondo ) e piccoli blocchi nel callitrix (scimmie del nuovo mondo). (Genome Res. 16: 576-583).

Una parte di questo lavoro e’ focalizzata sulla rilevanza evolutiva di alcune caratteristiche del genoma dei primati.Più preciasmente noi vorremmo chiarificare se la localizzazione di specifici loci in nuclei interfasici e’ conservata durante l’evoluzione, se esiste alcuna relazione tra dimensione del genoma e/o dei geni di differenti specie analizzate. Questo potrebbe aiutare a comprendere alcune particolari proprietà del genoma dei primati.

Durata

24 mesi

Base di partenza scientifica nazionale o internazionale

La caratterizzazione della variabilita’ delle regioni centromeriche e’ critica per la nostra comprensione della funzione e dell’architettura cromosomica. Tuttavia le sequenze di queste regioni sono difficili da definire basandosi sulla bozza delle sequenze genomiche. Mentre nell’uomo molte delle regioni pericentromeriche sono ben caratterizzate a causa della divisione degli sforzi tra diversi gruppi di ricerca, le regioni pericentromeriche dei primati sono ancora scarsamente caratterizzate. Questo e’ principalmente dovuto agli artefatti frequentemente associati con assemblaggi di sequenze di segmenti di DNA duplicati. Per questo motivo uno specifico e differente approccio e’ stato usato per caratterizzare i domini di transizione da regioni eucromatiche ad eterocromatiche nei genomi dei primati.

Le regioni pericentromriche sono di particolare interesse poiche’ mostrano peculiari caratteristiche biologiche: hanno una rapidissima evoluzione, riducono l’espressione genica, e hanno un basso tasso di ricombinazione genetica (Mahtani and Willard 1998; Eichler 2001 ; Yan et al. 2002).
Sono ricche di sequenze ripetute rispetto al resto del genoma. L’analisi di sequenza delle regioni pericentromeriche di Drosophila melanogaster indica che sono composte da satellite semplice, retrotrasposoni e geni per rRNA (Sun et al. 1997; Adams et al. 2000). Analogamente le regioni pericentromeriche di Arabidopsis thaliana sono generalmente composte da trasposoni >>>