Identificação computacional e avaliação em modelos in vivo de módulos de elementos cis-regulatórios em genes co-expressos.

• Processo: 09/17932-8
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de agosto de 2010
• Data de Término da vigência: 31 de julho de 2012
• Área de conhecimento: Ciências Biológicas - Bioquímica - Biologia Molecular
• Pesquisador responsável: Paulo Sergio Lopes de Oliveira
• Beneficiário: Pedro Edson Moreira Guimarães
• Instituição Sede: Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM). Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovação (Brasil). Campinas , SP, Brasil
• Assunto(s): Regulação da expressão gênica
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Elementos cis-regulatórios | Genes co-expressos | Predição computacional | Regulação gênica | Sítios de ligação por fatores de transcrição | validação experimental | Regulação gênica

Resumo

A interação entre fatores de transcrição e seus sítios de ligação é a base de todo o processo de expressão gênica. Esta interação é seletiva, possibilitando um controle efetivo da expressão gênica, que é um passo crucial em múltiplos processos celulares, desde o correto desenvolvimento e diferenciação dos tecidos durante a embriogênese, até o controle de condições patológicas. Desta maneira, a identificação de sítios de ligação por fatores de transcrição (TFBS) torna-se fundamental para a compreensão das redes de regulação transcricional, o que é um dos maiores e mais importantes desafios atuais da genômica. Sabemos que as redes regulatórias que controlam os mecanismos básicos de morfogenia e diferenciação celular tendem a se manter conservadas ao longo da evolução. Um dos exemplos é a descoberta de um elemento regulatório, em Caenorhabditis elegans, que controla a expressão de todos os genes da via dopaminérgica. Em vertebrados, existem elementos ortólogos conservados e um fator de transcrição de camundongo pode substituir funcionalmente seu homólogo em C. elegans (Flames e Hobert, 2009). Se entre organismos distintos existe conservação de elementos regulatórios por períodos tão longos, podemos supor que genes do mesmo organismo que apresentem os mesmos padrões de expressão (genes co-expressos), devem apresentar conjuntos de elementos regulatórios comuns (módulos regulatórios). Consistente com esta idéia, o próprio elemento dopaminérgico está conservado entre os genes que participam da mesma via e induz a expressão conjunta destes. A hipótese de compartilhamento de elementos regulatórios por genes co-expressos torna-se então o cerne deste projeto. A identificação experimental e a validação funcional de TFBS é um processo longo, complexo, caro e/ou que só pode ser desenvolvido em escalas reduzidas. Alternativamente, dispomos de metodologias computacionais para a identificação, a baixo custo e em larga escala, destes elementos regulatórios. No entanto, os algorítimos preditores disponíveis, apesar de promissores, requerem ainda ajustes e aprimoramentos variados condicionados aos cenários específicos investigados. Visando o desenvolvimento de um sistema robusto e de larga escala, para a predição de sequências regulatórias funcionais, nosso grupo desenvolveu uma rotina computacional para a predição dos TFBS em segmentos ortólogos conservados, com a conversão dos elementos individuais identificados em famílias reconhecidas de fatores de transcrição. Nesta abordagem o filtro evolutivo reduz substancialmente o número de falso positivos e a conversão da sequência de DNA em famílias de TFBS reduz variações intra e inter espécies existentes nestes elementos, o que previne a perda de informações funcionais. Esta rotina computacional já foi testada em um artigo publicado recentemente (Castillo et al. 2010, anexo), o que em nosso entendimento credencia a proposta a uma validação em larga escala. Neste projeto propomos criar e validar uma rotina para identificação de TFBS em conjuntos de dados de expressão seriada, realizando buscas por módulos comuns de elementos regulatórios em genes co-expressos. Em resumo nossa proposta é validar nosso sistema de busca TFBS de importância fisiológica em larga escala através de sistemas in vivo de genes repórter eletroporados em embriões de amniotos como galinhas e camundongos. Pretendemos assim avaliar o significado funcional de alguns dos elementos preditos e, consequentemente, gerar subsídios para a identificação com maior acurácia, e em larga escala, de estruturas regulatórias potencialmente funcionais em genomas de eucariotos.