Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10348/9553
Title: The Bovinae rob(1;29) as a model to study the translocation mechanism underlying the most frequent Robertsonian Centric Fusions
Authors: Escudeiro, Ana Cláudia Brandão Gomes Paulo
Advisor: Chaves, Raquel Maria Garcia Dos Santos
Adega, Maria Filomena Lopes
Heslop-Harrison, John Seymour
Keywords: Satellite DNA
Centromeric function
Issue Date: 7-Oct-2019
Abstract: In the last decades, several were the efforts made on the characterization of satellite DNA (satDNA) families in several species, collecting clues and evidences of the sequences’ evolutionary mechanisms and clarifying putative functions of these ubiquitous DNA sequences. The invariable presence of these sequences at the primary constriction of mammalian chromosomes was one of the first evidences for a crucial role in the genome. Numerous authors have suggested a range of biological processes where satellite sequences and their transcripts may intervene, specifically in centromeric function, heterochromatin formation and maintenance, chromosome pairing and segregation, chromosome rearrangements, cell cycle control or gene expression regulation. SatDNA sequences are known to present a rapid generation and even elimination in phylogenetically related species, however some of these sequences seem to have been almost completely preserved, at least in a few copies, over long evolutionary periods in some genomes. The cattle genome harbors several distinct centromeric satDNA families with interrelated evolutionary histories, being a good model for the study of satDNA evolution. The satDNA families in the cattle genome are highly complex in their structure and organization, variable in number of copies and chromosomal distribution. Until now, several satDNA families were isolated from Bos taurus (cattle, Bovini tribe, subfamily Bovinae) genome, and some of these sequences’ motifs have been interestingly found in other species from the Bovidae family. In the present work, the nucleotide sequence and chromosome location of five cattle satDNA families was analysed in Bos taurus and in seven species from the tribe Tragelaphini (Bovinae subfamily). The satDNAs sequence similarity among the analysed species reflected different stages of homogeneity/heterogeneity, revealing the evolutionary history of each satDNA family over the Bovidae genome evolution. One of the analysed satDNA families (SAT1.723) stood out due to its presence at the chromosomes’ centromeres of all Tragelaphini species, as well as in two less related Bovidae species, Ovis aries and Capra hircus (Caprinae subfamily). The interactomic and in situ analysis showed the association of SAT1.723 with centromeric proteins revealing that this satDNA family is clearly involved in the centromeric activity in all the species analysed and that it is preserved for at least 15-20 My. Besides its centromeric location, SAT1.723 was detected (in silico) dispersed in the genomes of Bos taurus, Ovis aries e Capra hircus. An inspection on the SAT1.723 monomer-flanking regions showed the presence of transposable elements (TEs), what may explain its intense shuffling through the activity of this satDNA/TEs between different genomic regions. Considering the richness of Bovinae genomes in different (peri)centromeric satDNAs, the organization of these sequences in each genomes’ chromosomes was analysed in order to develop a centromeric physical map as a tool to study chromosomal rearrangements involving the centromeric regions, namely Robertsonian Translocations (robs). The interest in the study of robs derives not only from their high frequency in mammalian karyotype evolution, but also from their influence on fertility and disease. The formation of a rob chromosome implies the occurrence of double strand breaks at the centromeres of two acrocentric chromosomes, being satDNA sequences the core hotspot for these breaks. In this work, using (peri)centromeric satDNA families, two Robertsonian translocations were analysed: the cattle rob(1;29) as a chromosomal abnormality and as an evolutionary fixed rearrangement in other species from the Bovinae subfamily and one of the most frequent human robs, rob(14;21). The main aim of our study was determining the molecular mechanism(s) underling these frequent translocations. Analysing how satDNAs reorganize in the centromere of the translocated chromosomes, we were able to show that the analysed robs are multistep complex events, involving a precise elimination and reorganization of specific peri(centromeric) satDNA sequences. Our data highlight the active role of satDNA sequences in the robs’ translocation mechanism and reinforces the functional meaning of these repetitive sequences in the chromosomes’ stability, further suggesting the existence of a common mechanism of Robertsonian translocations’ occurrence.
Nas últimas décadas, vários têm sido os esforços feitos para caracterizar as diferentes famílias de DNA satélite (satDNA) em várias espécies, tendo-se reunido evidências dos mecanismos de evolução destas sequências de DNA repetitivas e começado a desvendar algumas das suas funções. A presença ubíqua destas sequências nos cromossomas de mamíferos foi uma das primeiras sugestões de uma função crucial nestes genomas. Numerosos autores têm sugerido uma série de processos biológicos onde as sequências de satDNA e os seus transcritos podem intervir, nomeadamente na função centromérica, formação e manutenção da heterocromatina, emparelhamento e segregação cromossómica, rearranjos cromossómicos, controlo do ciclo celular ou regulação da expressão génica. As sequências de satDNA são conhecidas pela sua dinâmica evolutiva que conduz à sua rápida formação e até mesmo eliminação, mesmo em espécies filogeneticamente relacionadas. Contudo, algumas dessas sequências parecem ter sido preservadas de forma inalterada, pelo menos em algumas cópias, durante longos períodos evolutivos em alguns genomas. No genoma de Bos taurus (gado bovino doméstico, tribo Bovini, subfamília Bovinae) podem ser encontradas várias famílias de satDNA centroméricas e pericentroméricas com histórias evolutivas interrelacionadas, sendo um bom modelo para estudar a evolução deste tipo de sequências. As famílias de satDNA no genoma de Bos taurus são altamente complexas na sua estrutura e organização, variáveis em número de cópias e distribuição cromossómica. Até agora, várias famílias de satDNA inicialmente isoladas do genoma de Bos taurus, foram já detetadas noutras espécies da família Bovidae. No presente trabalho foi analisada a presença, a sequência e a localização cromossómica de cinco famílias de satDNA em Bos taurus e sete espécies da tribo Tragelaphini (também pertencente à subfamília Bovinae). A análise destas sequências isoladas a partir dos genomas das várias espécies refletiu diferentes níveis de homogeneidade/heterogeneidade, revelando a história evolutiva de cada família de satDNA ao longo da evolução do genoma Bovidae. Uma das famílias de satDNA analisadas (SAT1.723) destacou-se devido à sua presença não só nos centrómeros dos cromossomas das espécies Bovini e Tragelaphini, mas também de duas espécies da família Bovidae filogeneticamente menos relacionadas, Ovis aries e Capra hircus (Subfamília Caprinae), encontrando-se muito conservada em todos os genomas analisados. O estudo de interatómica e a análise in situ mostrou uma associação do SAT1.723 com proteínas centroméricas, revelando que esta família de satDNA está claramente envolvida na atividade centromérica em todas as espécies analisadas, e que está preservada há pelo menos 15-20 milhões de anos. Para além da localização centromérica, o SAT1.723 foi detetado (in silico) de forma dispersa nos genomas de Bos taurus, Ovis aries e Capra hircus. A análise das sequências flanqueadoras dos monómeros de SAT1.723 mostrou a presença de elementos transponíveis (TEs), o que pode explicar a sua dispersão pela atividade deste satDNA/TEs entre diferentes regiões genómicas. Considerando o enriquecimento dos genomas da família Bovinae em diferentes satDNAs (peri)centroméricos, foi determinada a organização destas sequências nos cromossomas dos vários genomas, de forma a desenvolver um mapa físico do centrómero como ferramenta para o estudo de rearranjos cromossómicos que envolvam as regiões centroméricas, nomeadamente translocações Robertsonianas (robs). O interesse no estudo das robs surge não só pela sua elevada incidência durante a evolução cariotípica dos mamíferos, como também pela influência destes rearranjos na fertilidade e na doença. A formação de um cromossoma rob implica a ocorrência de quebras de cadeia dupla ao nível dos centrómeros de dois cromossomas acrocêntricos, sendo as sequências de satDNA o principal “hotspot” dessas quebras. Neste trabalho, usando famílias de satDNA (peri)centroméricas foram analisadas duas translocações Robertsonianas: a rob(1;29), presente em Bos taurus como uma alteração cromossómica, e evolutivamente fixada no cariótipo de espécies da tribo Tragalaphini; e uma das robs mais frequente na população humano, a rob(14;21). O principal objetivo do nosso estudo foi determinar os mecanismos moleculares subjacentes a estas translocações. Analisando como as sequências de satDNA são reorganizadas no centrómero dos cromossomas translocados, foi possível demonstrar que as robs analisadas são rearranjos complexos que ocorrem em múltiplas etapas, envolvendo uma eliminação e reorganização precisa de sequências de satDNA específicas. Os nossos resultados evidenciam o papel ativo das sequências de satDNA no mecanismo de translocação das robs e reforça a função destas sequências repetitivas na estabilidade cromossómica, sugerindo ainda a existência de um mecanismo comum para a ocorrência das translocações Robertsonianas.
Description: PhD Thesis in Comparative and Molecular Genetics
URI: http://hdl.handle.net/10348/9553
Document Type: Doctoral Thesis
Appears in Collections:DGB - Teses de Doutoramento
TD - Teses de Doutoramento

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
Ana Cláudia Brandão Gomes Paulo Escudeiro.pdf
  Until 2022-10-07
7,22 MBAdobe PDFView/Open Request a copy


FacebookTwitterDeliciousLinkedInDiggGoogle BookmarksMySpace
Formato BibTex mendeley Endnote Logotipo do DeGóis Logotipo do Orcid 

Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.