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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.41.2015.tde-28072015-151002
Document
Author
Full name
Joana Carvalho Moreira de Mello
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2015
Supervisor
Committee
Carramaschi, Lygia da Veiga Pereira (President)
Galante, Pedro Alexandre Favoretto
Morgante, Angela Maria Vianna
Rosenberg, Carla
Souza, Jorge Estefano Santana de
Title in Portuguese
Estudos da inativação do cromossomo X em humanos: iniciação e imprinting
Keywords in Portuguese
Epigenética
Imprinting
Inativação do cromossomo X
Abstract in Portuguese
Eventos epigenéticos como o imprinting genômico e a inativação do cromossomo X (ICX), já foram amplamente estudados em camundongos. Nesses animais muitos dos processos epigenéticos que levam à ICX já estão profundamente esclarecidos. Em humanos entretanto, o conhecimento sobre a ICX é mais limitado, em particular os eventos iniciais do processo durante o desenvolvimento embrionário. O desenvolvimento e aprimoramento de ensaios que envolvem o sequenciamento em larga escala do transcriptoma (RNA-Seq) de células únicas iniciam uma nova era nos estudos sobre a ICX. São crescentes os dados de RNA-Seq depositados em bancos de dados públicos e em 2013 os trabalhos de Xue e colaboradores e de Yan e colaboradores tornaram disponíveis os resultados de RNA-Seq de células individuais isoladas de embriões humanos a partir do estágio de duas células até a fase de blastocisto. Através de técnicas de bioinformática avaliamos o nível de expressão do gene XIST, intimamente envolvido no processo de ICX, nos diferentes estágios do desenvolvimento. Alinhamos também as leituras geradas por RNA-Seq contra o genoma humano de referência no intuito de se identificar variantes em regiões transcritas e assim verificar a origem do alelo expresso. Com isso, pudemos observar que o gene XIST tem sua expressão iniciada em embriões humanos no estágio de oito células, e que o silenciamento transcricional dos genes do cromossomo X já se iniciou no estágio de blastocisto de forma aleatória mas ainda não se disseminou, i.e. a ICX não está completa. Devido ao fenômeno de ICX, a caracterização de genes "imprintados" neste cromossomo é desafiadora. Ainda assim em camundongos foram relatados alguns genes do X que são assim regulados. Mulheres portadoras da síndrome de Turner (45,X) apresentam diferenças fenotípicas dependentes da origem parental do cromossomo X herdado, sugerindo a existência de genes "imprintados" no X humano. Em particular os genes MAOA, MAOB e USP9X foram indicados como candidatos a serem regulados por imprinting. Através do sequenciamento de regiões transcritas contendo SNPs em heterozigose foram avaliados o padrão de expressão alelo-específico dos três genes indicados. Nenhum sinal de regulação por imprinting pôde ser detectado nem em placenta nem em cérebro humano, pois a procedência dos alelos expressos era independente da origem parental. Isso não significa que a variabilidade fenotípica em mulheres com Turner não possa ser explicada por imprinting em genes do X. Experimentos de RNA-Seq em diversos tecidos humanos ou a partir de células únicas são uma abordagem conveniente para se elucidar este fenômeno
Title in English
X-chromosome inactivation in humans: initiation and imprinting
Keywords in English
X-chromosome inactivation in humans: initiation and imprinting
Abstract in English
Epigenetic phenomena as genomic imprinting and X chromosome inactivation (XCI) have been widely studied in mice. While most of the processes and steps involved in XCI in mice are well studied, in humans our knowledge is still very limited, specially during early embryo development. Advances in single-cell whole transcriptome high troughput sequencing techniques (RNA-Seq) bring a new era to the XCI field. Single-cell RNA-Seq results of from 2-cell to the blastocyst stage of human embryos were published by Xue et cols and Yan et cols in 2013. Using bioinformatics techniques we searched for the XIST gene expression level (a gene closely involved in XCI) throughout the human pre-implantation embryo development. We aligned reads generated by RNA-Seq assays to the human reference genome looking for variants in gene transcriptional regions and to identify the origin of the expressed allele. Our results show that XIST expression starts from the 8-cell stage and is stabilized and upregulated at the female blastocyst stage. We also show that the transcriptional silence of X-linked genes started at the blastocyst stage and is independent of parental origin but this does not apply for all genes. We concluded that the completion of the transcriptional silence step is probably established during post-implantation stage. The search for X-linked imprinted genes is challenging due to the XCI phenomenon. Nevertheless, X-imprinted genes were reported in mice. In humans, no X-imprinted genes were found so far, but phenotypic differences reported in Turner's syndrome (45,X) women was related to the parental origin of the X chromosome inherited. This suggests the existence of X-linked imprinted genes, in particular MAOA, MAOB and USP9X seemed good candidates. By sequencing transcript regions containing heterozygous SNPs in these genes we could access their expression pattern. Our results show no sign of imprinting regulation of MAOA, MAOB and USP9X, neither in human brain nor in human term placenta. This does not rule out the possibility that the phenotypic differences observed in Turner's syndrome women could be the consequence of other unknown X-linked imprinted genes. RNA-Seq of different human female tissues is a powerful approach to finally find the genes involved in such phenotypes
 
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Joana_Mello_SIMPL.pdf (361.67 Kbytes)
Release Date
2017-07-27
Publishing Date
2015-09-02
 
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