Expresión esquelética y regulación transcripcional de los genes de colágenos fibrilares de los grupos A y B en xenopus tropicales.

Abstract

El origen de los vertebrados se define por la evolución del esqueleto mineralizado. Este evento involucró la expansión, y el reclutamiento de genes de colágenos fibrilares en el programa osteogénico. En vertebrados, la mayoría de los miembros de esta familia conforman los clados A y B, cuya expresión y regulación han sido estudiadas principalmente en ratón. Dado que el uso de organismos no-mamíferos es clave para resolver la evolución de esta familia, nos basamos en datos de RNA-Pet, RNA-seq y ChIP-seq disponibles en nuestro laboratorio, para dilucidar la arquitectura regulatoria de los genes de colágeno fibrilares en osteoblastos del anfibio Xenopus tropicalis. Analizamos la expresión esquelética de 9 genes de colágenos fibrilares de los clados A y B, y por hibridación in situ (HIS) en larvas de Xenopus. Encontramos una fuerte expresión en mesénquima osteogénico, y en osteoblastos para col1α1 y col1α2. El gen col2α1 se expresa fuertemente en condrocitos proliferativos, y de manera más tenue en osteoblastos como ha sido reportado en peces. En dientes, col1α1, col1α2, y col3α1 se expresan en odontoblastos. Detectamos 156 posibles módulos cis-regulatorios (MCR) osteoblásticos enriquecidos en H3K4me1, y H3K27ac ubicados en la cercanía de genes de colágenos fibrilares. Después de un análisis de componentes principales (ACP), seleccionamos 8 MCR putativos asociados a col1α1, col1α2 y col2α1. Dichas regiones fueron amplificadas y clonadas río arriba de su promotor endógeno, y del reportero GFP-nuclear en un novedoso vector de expresión multifuncional. La cuantificación de los niveles de GFP en osteoblastos de Xenopus transfectados, nos permitió validar funcionalmente tres MCR de col1α1. La comparación de nuestros resultados con la literatura revela que en anfibios y mamíferos, col1α1 está controlado, por lo menos, por un MCR proximal, y un MCR distal. Considerando que una de las principales funciones del hueso es resistir fuerzas mecánicas, proponemos que la necesidad de producir altos niveles de proteínas estructurales requiere que col1α1 esté activado por múltiples MCR potentes, explicando así la conservación evolutiva de la arquitectura regulatoria de este gen.