Link between origin efficiency and nucleosome positioning in mouse ES cells

Abstract

A replicação do genoma é um dos processos mais importantes na natureza, mas apesar desse facto ainda não é totalmente compreendido o sistema pelo qual as origens de replicação são seleccionadas em espécies eucarióticas. Apesar do mecanismo molecular pelo qual as origens são activadas ser considerado altamente regulado e muito bem conservado, as origens de eucariotas mais complexos parecem não possuir nenhuma especificidade em termos de sequencia de DNA. Este facto deixa a porta aberta para o estudo de outros factores que possam influenciar directa ou indirectamente a selecção das ORIs, tal como o estado da cromatina. Como unidades básicas da cromatina, os nucleossomas possuem um papel fundamental na regulação do genoma e cada vez mais se torna obvio que os padrões de posicionamento destes elementos são de extrema importância para a activação ou repressão de processos que envolvem a molécula de DNA, tais como a transcrição e a replicação. Para além disso, estudos recentes começam a desvendar a correlação entre a transcrição e a replicação do DNA. Genes activos possuem uma cromatina num estado mais descondensado que permite a ligação da maquinaria transicional e é possível que este estado descondensado favoreça também a ligação dos complexos replicativos nestes loci. Neste trabalho correlacionamos diferentes padrões de posicionamento dos nucleossomas com a eficiência de diversas origens de replicação de DNA que se situam em diferentes regiões do genoma do murganho, fazendo uso de técnicas que permitem a determinação da densidade de nucleossomas de uma maneira quantitativa. Os nossos resultados indicam que grandes NFRs que possuem valores baixos de ocupação de nucleossomas estão correlacionadas com origens de replicação de DNA eficientes. Para além disso os nossos dados sugerem que o posicionamento dos nucleossomas adjacentes às NFRs podem ter influência no local onde se dá a iniciação da replicação do DNA. Estas descobertas apontam para o papel importante dos nucleosomas na selecção e funcionamento das origens.

The replication of the genome is one of the most essential processes in nature but despite this it is not yet fully understood how origins of replication are selected in eukaryotic species. Even though the molecular mechanism by which origins are activated is considered to be highly regulated and very well conserved, origins in higher eukaryotes do not seem to have any DNA sequence specificity. This fact leaves the door open to the study of other factors that can influence directly or indirectly ORI selection, like the chromatin state. As basic units of the chromatin, nucleosomes have a very important role in the regulation of the genome and it is becoming more obvious that the position patterns of these elements are of extreme importance for the activation or repression of processes involving the DNA molecule, like transcription and replication. Furthermore, recent studies are beginning to uncover a correlation between transcription and DNA replication. It is well known that active genes have a more decondensed chromatin state that allows the assembly of the transcription machinery and it is possible that this open chromatin state could also favor the assembly of the replication complexes at those loci. Here we correlate different patterns of nucleosome positioning with the efficiency of diverse origins of DNA replication that map at different regions of the mouse genome, using techniques that allow determination of nucleosome density in a quantitative manner. Our findings show that large nucleosome free regions with low values of occupancy tend to correlate well with higher efficient origins of DNA replication. Furthermore our data suggests that the positioning of the nucleosomes adjacent to the nucleosome free regions might influence the position where DNA replication initiation takes place. These findings identify local nucleosomes as an important determinant for origin selection and function.