Regulación e impacto de la retrotransposición en curso en la línea germinal y el soma: intersección con la enfermedad humana.

Cada vez es más evidente que los elementos transponibles (TE) han jugado un papel decisivo en la configuración de la estructura y función de los genomas de los mamíferos. Los TE son responsables de generar la mitad del genoma humano y un pequeño grupo de TE activos de la clase de retrotransposones continúan impactando nuestro genoma. Intercalados largos Los retroElements (LINE) constituyen el 17% de nuestra masa genómica y son el único retrotransposón activo autónomo en humanos, con aproximadamente 100 LINE activos por genoma capaces de movilizarse (p. ej., retrotransposición). En consecuencia, la movilización continua de LINE en la línea germinal es responsable de casos esporádicos de enfermedades humanas; En particular, este grupo y otros han demostrado que las inserciones hereditarias de LINE en humanos se acumulan durante la embriogénesis temprana y que las inserciones en células germinales son raras. De hecho, recientemente caracterizamos >80.000 inserciones LINE de novo en modelos humanos y este grupo ha demostrado que se insertan aleatoriamente en nuestro genoma, lo que explica la amplia gama de trastornos asociados con la retrotransposición de novo en la línea germinal. Utilizando células humanas embrionarias pluripotentes, este grupo estableció el primer modelo relevante desde el punto de vista fisiológico y de desarrollo para analizar la biología de LINE a un nivel mecanicista. Estos modelos celulares fueron/son fundamentales para descubrir aspectos mecanicistas de la retrotransposición LINE, incluida la propagación de epimutaciones por retrotransposición (propuesta anterior del consolidador de ERC), el descubrimiento de la retrotransposición somática en el cerebro humano (ver más abajo) y la demostración de que la retrotransposición LINE impulsa la inestabilidad genómica. en pacientes con Anemia de Fanconi (AF), por citar algunos. En resumen, aunque la retrotransposición de LINE ha sido y sigue siendo una fuerza evolutiva importante en el genoma de la línea germinal, carecemos de una comprensión completa de la biología de LINE, la regulación de LINE, el impacto de los LINE y las intersecciones mecanísticas con las enfermedades humanas, y esto es un objetivo importante del grupo. Continuaremos explotando enfoques únicos de genética molecular, bioquímica, proteómica y genómica para comprender mejor la actividad y regulación de LINE en la línea germinal, centrándonos en varias sublíneas de investigación:

• Control mecanicista de la retrotransposición de LINE mediante Krab Zinc Finger (KZF ) proteínas en células pluripotentes
  y diferenciadas
• Papel de la RNasaH2 y desregulación de la retrotransposición en pacientes con síndrome de Aicardi- Goutieres (AGS)
• Impacto genómico de la retrotransposición en pacientes con FA
• Control de la retrotransposición mediante procesos de reparación del ADN en células pluripotentes, entre otros.

En resumen, postulamos que una comprensión mecanicista de la biología LINE es esencial para dilucidar las fuerzas que contribuyen a las enfermedades humanas, la variación genética humana y la evolución humana. Los retrotransposones humanos activos, y en general cualquier TE, representan un prototipo de “ADN egoísta ”: secuencias de ADN que sólo se replican en genomas y no tienen ninguna función celular conocida. De hecho, la acumulación en curso de inserciones de novo en la línea germinal, nuestro genoma hereditario, tiene un significado evolutivo claro para el retrotransposón. Sorprendentemente, otros y nosotros demostramos recientemente que los LINE también pueden afectar células somáticas humanas seleccionadas en el cerebro, incluidas las neuronas maduras, lo que implica que cada una de nuestras neuronas (~10 9 células) podría contener un genoma único. En particular, también encontramos que la retrotransposición en el tallo mesenquimatoso y hematopoyético es muy rara o inexistente, lo que sugiere que la retrotransposición somática en humanos podría estar restringida a nuestro cerebro.

Sin embargo, se necesitan más investigaciones para determinar el alcance de la retrotransposición somática de LINE en tejidos humanos. De este modo, comprender el papel funcional de la retrotransposición en la biología y la salud del cerebro es otro objetivo importante de nuestro laboratorio. Aunque queda por descubrir cualquier papel/impacto de la retrotransposición somática, la actividad continua de los LINE en las neuronas implica que es matemáticamente imposible generar cerebros genéticamente idénticos, incluso en gemelos. Para estudiar la retrotransposición en el soma humano, aprovechamos nuestra experiencia en biología de células madre para analizar la expresión y retrotransposición de LINE en células humanas diferenciadas isogénicas y subtipos neuronales. Sin embargo, para ir más allá del estado actual de la técnica, recientemente desarrollamos y validamos un sistema modelo in vivo innovador, único y robusto para medir el impacto de la retrotransposición cerebral en tiempo real, utilizando poblaciones de pez cebra (Danio rerio). Sorprendentemente, los genomas humanos y del pez cebra son muy similares en su composición TE y supuesta actividad de inserción. Sorprendentemente, utilizando nuestro nuevo modelo de retrotransposición in vivo, demostramos que la retrotransposición de LINE en el cerebro se conserva en los vertebrados, y actualmente estamos utilizando nuestro innovador modelo de pez cebra para descifrar preguntas clave asociadas con la actividad de LINE en el soma:

• ¿Los LINE están activos en otros tejidos somáticos?
• ¿Cuál es el impacto genómico de la actividad LINE en el cerebro?
• ¿Cuáles son las consecuencias fenotípicas asociadas a la actividad LINE en el cerebro?
• ¿La actividad LINE en el cerebro está asociada con trastornos cerebrales comunes (esquizofrenia, síndrome de Rett, etc.)?

Si bien la acumulación de inserciones de LINE en tejidos somáticos no tiene ningún significado evolutivo para los LINE, descifrar el papel de la retrotransposición en la biología del cerebro es de suma importancia para comprender este órgano complejo y una gran cantidad de trastornos humanos.