Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10348/9634
Title: Unlocking Robertsonian translocated chromosomes in its repetitive DNA content to tackle genomic and mechanistic issues
Authors: Lopes, Mariana Faria
Advisor: Chaves, Raquel Maria Garcia Dos Santos
Carvalho, Margarida Henriques da Gama
Keywords: SatDNA
(Peri)centromere
Issue Date: 5-Dec-2019
Abstract: (Peri)centromeric repetitive sequences, and more specifically satellite DNA (SatDNA) sequences are a major heterochromatic genomic component, knowingly involved in Robertsonian translocations (ROBs). ROBs occur nonrandomly between acrocentric chromosomes (human chromosomes 13, 14, 15, 21 and 22). Presently, ROB mechanism and breakpoint location are still major issues, remaining not completely understood, essentially due to related assembly issues. The present work aims to inform about satellite arrangement (order and composition) in the context of the most common ROBs and, more precisely, Downassociated rob(14;21), by comparing up-to-date genome information and physical cytogenetic mapping with (peri)centromeric satellites (I, II, III, α and β). Between human classical satellites and in opposition to the greatly approached α satellite (αSat), satellite I (SatI) has been overlooked in respect to its presence, organization and significance. Thought to locate at the (peri)centromeric regions of chromosomes 3, 4 and acrocentric chromosomes, this satellite could be involved in the breakpoint of rob(14;21), being noteworthy for the context of ROB formation. In silico analysis in the framework of SatI is presented, along with physical mapping, allowing to identify assembly gaps related with this satellite: in silico mapping still did not correspond to physical mapping results. Accordingly, SatIshould be considered when addressing (peri)centromere-related ROBs, since the associated information gap is inevitable in the attempt to fully understand this rearrangement. In addition, (peri)centromeric SatDNAs were physically and in silico mapped, in order to analyze their presence and organization. Physical maps for chromosomes 14, 21 and der(14;21) allowed us to infer about the etiological and mechanistic origin of ROBs and the possible chain of events leading to this rearrangement. Physical mapping information was compared with in silico analysis, leading to the recognition of a substantial number of assembly gaps in the human reference genome. Therefore, it is possible to acknowledge the preserved utility of physically mapping satellite probes. Furthermore, the present work also demonstrates the uneven representation of satellite families in general comparatively to αSat (greatly represented in HSA14 and HSA21). The obtained results point out that the study of ROB mechanism and breakpoints still cannot exclusively rely on genomic technologies. Physical mapping should continue a prevailing player in the attempt to achieve accurate maps for pericentromeric/short-arm regions of acrocentric chromosomes. In order to entirely address these genomic regions with recent long- read technologies, sequential mapping steps must be followed. This work provides a clear mapping basis and, complementarily, a full gathering of current genomic data.
As sequências repetitivas de DNA (peri)centromérico e, mais especificamente as sequências de DNA satélite (SatDNA), correspondem a uma componente vital da heterocromatina, estando ativamente envolvidas na formação de translocações robertsonianas (ROBs). As ROBs ocorrem de uma forma não-aleatória entre cromossomas acrocêntricos (cromossomas humanos 13, 14, 15, 21 e 22). Atualmente, o mecanismo inerente à formação de ROBs e a localização dos pontos de quebra associados constituem questões problemáticas em termos de análise, permanecendo associadas a um grande desconhecimento, essencialmente devido a problemas no assembly de sequências repetitivas. O presente trabalho teve como objetivo informar sobre a ordem e composição das sequências de SatDNA nas ROBs mais comuns na espécie humana, mais precisamente na rob(14;21), comummente associada à síndrome de Down. A estratégia seguida consistiu em comparar dados genómicos de caráter recente e dados de mapeamento físico citogenético com sondas correspondentes aos satélites humanos I, II, III, α e β. Em oposição a certas famílias de satélites humanos intensamente estudadas (como o satélite α), o satélite clássico I (SatI) tem sido terminantemente ignorado, no que diz respeito à sua presença, organização e significância. Pensa-se que o SatI se localiza nas regiões (peri)centroméricas dos cromossomas 3, 4 e de todos os cromossomas acrocêntricos humanos, podendo estar significantemente envolvido no ponto de quebra da rob(14;21) e, consequentemente, no contexto de formação desta ROB em específico. A análise in silico do SatI é apresentada em conjunto com o mapeamento físico, permitindo a identificação de assembly gaps, já que os dados in silico não corresponderam na integridade aos dados de mapeamento citogenético. Concordantemente, o SatI não deve ser desconsiderado no estudo de ROBs, efetivamente associadas a repetições (peri)centroméricas, pois a falta de informação associada a este satélite é inevitável na tentativa de analisar esta alteração cromossómica. Adicionalmente, algumas famílias (peri)centroméricas de SatDNA foram mapeadas fisicamente e in silico. A obtenção de mapas físicos para os cromossomas 14, 21 e der(14;21) permitiu inferir sobre a origem etiológica e mecanística das ROBs e sobre a possível cadeia de eventos que culmina nesta translocação. A informação do mapeamento físico foi comparada com a análise in silico dos mesmos satélites, levando também ao reconhecimento de um elevado número de assembly gaps no genoma de referência presentemente disponível. Assim, torna-se imperativo reconhecer a utilidade preservada de proceder ao mapeamento físico de sondas de SatDNAs. Não obstante, o presente trabalho demonstrou a representação imparcial das famílias de SatDNA em geral, comparativamente ao satélite α (grandemente representado nos cromossomas HSA14 e HSA21). Sumariamente, os resultados obtidos apontam para o facto de que o estudo do mecanismo e pontos de quebra das ROBs ainda não pode depender inteiramente do contributo de tecnologias genómicas. O mapeamento físico deve permanecer como um fator primordial aquando da tentativa de obter mapas precisos da região (peri)centromérica e dos braços curtos dos cromossomas acrocêntricos. Com o intuito de abordar integralmente estas regiões genómicas recorrendo a tecnologias de sequenciação através de reads longos, é essencial atuar segundo uma abordagem sequencial. O trabalho aqui exposto fornece um mapeamento de caráter basal, dando acesso complementar a uma coleção completa dos dados genómicos mais recentes.
Description: Master’s Degree in Comparative, Technological and Molecular Genetics
URI: http://hdl.handle.net/10348/9634
Document Type: Master Thesis
Appears in Collections:DGB - Dissertações de Mestrado
TD - Dissertações de Mestrado

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