En biología celular , un bivalente es un par de cromosomas (cromosomas homólogos) en una tétrada . Una tétrada es la asociación de un par de cromosomas homólogos (4 cromátidas hermanas ) unidos físicamente por al menos un entrecruzamiento de ADN . Esta unión física permite la alineación y segregación de los cromosomas homólogos en la primera división meiótica . En la mayoría de los organismos, cada cromosoma replicado (compuesto por dos cromátidas hermanas idénticas) provoca la formación de roturas de doble cadena de ADN durante la fase de leptoteno. Estas roturas se reparan mediante recombinación homóloga , que utiliza el cromosoma homólogo como plantilla para la reparación. La búsqueda del objetivo homólogo, con la ayuda de numerosas proteínas denominadas colectivamente complejo sinaptonémico , hace que los dos homólogos se apareen, entre las fases de leptoteno y paquiteno de la meiosis I.
La formación de un bivalente ocurre durante la primera división de la meiosis (en la etapa de cigoteno de la profase meiótica 1). En la mayoría de los organismos, cada cromosoma replicado (compuesto por dos cromátidas hermanas idénticas [1] [2] ) provoca la formación de roturas de doble cadena de ADN durante la fase de leptoteno. [3] Estas roturas se reparan mediante recombinación homóloga , que utiliza el cromosoma homólogo como plantilla para la reparación. La búsqueda del objetivo homólogo, con la ayuda de numerosas proteínas denominadas colectivamente complejo sinaptonémico , hace que los dos homólogos se apareen, entre las fases de leptoteno y paquiteno de la meiosis I. [4] La resolución del intermediario de recombinación de ADN en un entrecruzamiento intercambia segmentos de ADN entre los dos cromosomas homólogos en un sitio llamado quiasma (plural: quiasmas) . Este intercambio físico de hebras y la cohesión entre las cromátidas hermanas a lo largo de cada cromosoma aseguran un emparejamiento robusto de los homólogos en fase diplotena. La estructura, visible al microscopio, se llama bivalente. [5] La resolución del intermediario de recombinación de ADN en un cruce intercambia segmentos de ADN entre los dos cromosomas homólogos en un sitio llamado quiasma (plural: quiasmas) . Este intercambio físico de hebras y la cohesión entre las cromátidas hermanas a lo largo de cada cromosoma aseguran un emparejamiento robusto de los homólogos en fase diplotena. La estructura, visible al microscopio, se llama bivalente. Una intrincada maquinaria molecular es el núcleo de la regulación de la expresión genética en cada célula. Durante las etapas iniciales del desarrollo del organismo, la activación coordinada de diversos programas transcripcionales es crucial y debe ejecutarse cuidadosamente para dar forma a cada órgano y tejido. Bivalente cuyos promotores y potenciadores equilibrados son regiones reguladoras decoradas con marcas de histonas que están asociadas con resultados transcripcionales tanto positivos como negativos. Por último, destacamos el vínculo potencial entre la bivalencia y el cáncer que podría impulsar la investigación biomédica en la etiología y el tratamiento de la enfermedad.
La información de un gen debe ser diferente en la forma ejecutiva en los tipos de células para lograr el programa principal en esta diversidad. La cromatina es portadora de las instrucciones y también el ADN rodeado por las histonas muestra el impacto del nucleosoma que podemos ver que es la unidad básica. El empaquetado proporciona información para la regulación del nucleosoma de la barrera física que muestra impacto en las partes remodeladoras de la cromatina, partes N-terminales de la partícula de histona, colas de histona, modificaciones postraduccionales covalentes y también crea una epigenética de [PCG] y [TRXG] juega un papel inicial estas mutaciones causadas en grupos de transformación en Drosophila muestra una información clara
Un bivalente es la asociación de dos cromosomas homólogos replicados que han intercambiado cadenas de ADN en al menos un sitio llamado quiasma. Cada bivalente contiene un mínimo de un quiasma y rara vez más de tres. Este número limitado (mucho menor que el número de roturas de ADN iniciadas) se debe a la interferencia de entrecruzamiento , un fenómeno poco comprendido que limita el número de resolución de eventos de reparación en entrecruzamiento en la proximidad de otro resultado de entrecruzamiento preexistente, lo que limita el número total de entrecruzamientos por par de homólogos. [4] El gen bivalente es un gen marcado con la modificación epigenética H3K4me3 y H3K27me3 en la misma área de este tipo y se propone que desempeña un papel fundamental relacionado con la pluripotencia en células madre embrionarias (ES). Los promotores bivalentes marcados con modificaciones de histonas H3K27me3 y H3K4me3 son característicos de los promotores equilibrados en células madre embrionarias (ES). El modelo de promotores equilibrados postula que la cromatina bivalente en las células madre embrionarias se resuelve en monovalencia tras la diferenciación. Con la disponibilidad de datos de secuenciación de ARN de células individuales (scRNA-seq), se pueden estudiar más de cerca los cambios posteriores en el estado transcripcional en los promotores bivalentes.
En la metafase I de la meiosis, el citoesqueleto pone a los bivalentes bajo tensión tirando de cada homólogo en dirección opuesta (al contrario de la división mitótica donde las fuerzas se ejercen sobre cada cromátida). El anclaje del citoesqueleto a los cromosomas se produce en el centrómero gracias a un complejo proteico llamado cinetocoro . Esta tensión da como resultado la alineación del bivalente en el centro de la célula, siendo los quiasmas y la cohesión distal de las cromátidas hermanas el punto de anclaje que sostiene la fuerza ejercida sobre toda la estructura. Impresionantemente, los ovocitos primarios femeninos humanos permanecen en este estado de tensión durante décadas (desde el establecimiento del ovocito en metafase I durante el desarrollo embrionario, hasta el evento de ovulación en la edad adulta que reanuda la división meiótica), destacando la robustez del quiasma y la cohesión que mantienen unidos a los bivalentes. La transcripción celular regula los genes del desarrollo Desarrollamos un enfoque para capturar genes que experimentan cambios transcripcionales detectando patrones de expresión génica "bimodal" a partir de datos de scRNA-seq. Integramos la identificación de genes bimodales en la diferenciación de células ES con el análisis del estado de la cromatina y, para luego, identificamos patrones claros dependientes del estado celular de genes bimodales y bivalentes. Mostramos que la binarización de genes bimodales se puede utilizar para identificar genes expresados diferencialmente a partir de proporciones ON/OFF fraccionales. En datos de series temporales de células en diferenciación, construimos una aproximación pseudotemporal y utilizamos un modelo oculto de Markov para inferir pseudotiempos de cambio de actividad génica, que utilizamos para inferir una red reguladora. Identificamos vías de cambio durante la diferenciación, detalles novedosos de esas vías y coordinación de factores de transcripción con objetivos posteriores.
Conclusiones: Los genes con niveles de expresión demasiado bajos para ser informativos en el análisis convencional de scRNA se pueden utilizar para inferir redes de conmutación transcripcional que conectan la actividad transcripcional con el estado de la cromatina. en el análisis del estado de la cromatina y para el tipo de luego identificar patrones claros dependientes del estado celular de genes bimodales y bivalentes. Mostramos que la binarización de genes bimodales se puede utilizar para identificar genes expresados diferencialmente a partir de proporciones ON/OFF fraccionales. En datos de series temporales de células en diferenciación, construimos una aproximación pseudotemporal y utilizamos un modelo oculto de Markov para inferir pseudotiempos de conmutación de la actividad génica, que utilizamos para inferir una red reguladora. Identificamos vías de conmutación durante la diferenciación, nuevos detalles de esas vías y la coordinación de factores de transcripción con objetivos posteriores. Esto ofrece un medio novedoso y productivo para inferir redes reguladoras a partir de datos de scRNA-seq.
Palabras clave: Bimodalidad; Bivalencia; Estado de la cromatina; Células madre embrionarias; Red reguladora del genoma; Modelo oculto de Markov; Pseudo tiempo; scRNA-seq.
Blanco E., Gonzalez Ramirez M., Alcaine-colet , A., Aranda el genoma bivalente ; caracterización estructura tendencias en genética
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