Comparación evolutiva de retrovirus endógenos (ERV) transcripcionalmente activos en tejido testicular de tres especies de primates

Abstract

Los elementos transponibles (ET) son secuencias que tienen la capacidad de cambiar su posición en el genoma y regular la expresión de genes cercanos. Los retrovirus endógenos (ERVs) son un tipo de elemento transponible que se cree se originaron a partir de infecciones ancestrales de retrovirus exógenos que lograron fijarse en el genoma de primates hace millones de años. Estos han originado ciertos genes mediante el proceso de exaptación y han contribuido en gran medida a la variabilidad genética y diferenciación de los humanos de las otras especies de primates. Sin embargo, aún se desconocen los detalles precisos sobre cómo ocurrió esta separación. Dado a que los procesos evolutivos que son heredados a los descendientes ocurren en la línea germinal, el estudio de la expresión de ERVs en tejido testicular puede generar información valiosa sobre como ocurrió esta separación en primates. En este contexto, la expresión de ERVs en tejido germinal y su potencial integración en nuevos sitios genómicos podrían ser la clave para elucidar aspectos evolutivos entre especies relacionadas de primates. Este estudio tuvo como objetivos: estandarizar un protocolo bioinformático para identificación y estudio de la expresión de ERVs en tejido testicular, determinar la influencia del contexto genómico en la expresión de estos elementos y realizar una comparación evolutiva de los ERVs identificados en librerías de RNA-Seq de tejido testicular humano (n=10), gorila (n=1) y orangután (n=1). Para el ensamblaje del transcriptoma se probaron diferentes parámetros de ensamblaje (diferentes tamaños de Kmers y contigs) y dos estrategias: de novo y guiado por genoma de referencia. Solamente transcritos con tamaño >3 kb y cobertura > 5x se consideraron ERVs expresados (eERVs). Estos eERVs fueron anotados con la base de datos RepBase y su localización en el genoma de referencia hg38 fue determinada con la herramienta BLAT. Posterior a su anotación se determinaron características genómicas de los flancos de los eERVs en humano (como proporción de islas CpG, genes, lncRNAs, regiones conservadas, entre otras) y se compararon con las de regiones control (flancos de LTRs no expresados) para determinar la influencia del contexto genómico en la expresión de ERVs. Además se identificaron regiones sinténicas en las tres especies analizadas. Se encontraron diferencias entre resultados obtenidos con diferentes parámetros y enfoques de ensamblaje. En total se encontraron 19 tipos de ERVs en humanos, de los cuales los más comunes fueron HERV17, HERVK22I y HERVS71, que se identificaron en cinco de las diez librerías de origen humano. En el caso de orangután solamente se identificaron los tipos HARLEQUIN, HERV1_I, HERVE, HERVK y HERVK22I, mientras que en gorila no se logró identificar ningún eERV de tamaño superior a 3kb. La mayor cantidad de eERVs humanos se identificaron en el cromosoma 7 y la mayor densidad de eERVs en el cromosoma 19, mientras que, por el contrario, en los cromosomas 3, 6, 8,9,15, 20, 21 y Y, no se logró identificar ningún ERV > 3 kb. Cerca del 58% de los ERVs presentó traslape con genes y aproximadamente un 32% presentó traslape con Long noncoding RNAs (lncRNAs). Se encontró que ocurre una replicación más temprana en los flancos de los ERVs expresados en comparación con los flancos de LTRs no expresados y además poseen una mayor proporción de SINEs corriente abajo. Se encontraron ocho copias de ERVs homólogos (misma copia de ERV en mismo locus) entre las tres especies de primates, pero solamente se encontró potencial codificante en dos de éstas, correspondientes al elemento HERVK en el cromosoma 1 y 11 humano. A partir del análisis de diversidad utilizando este elemento se encontró una mayor divergencia genética entre humano y orangután, entre los cuales se encontró que ocurrió selección purificadora, al igual que entre gorila y orangután. Se encontró además que entre humano y gorila existe neutralidad, es decir que la cantidad de mutaciones sinónimas es igual a la cantidad de mutaciones no sinónimas en la región analizada (dN = dS). En conclusión, se encontró evidencia de que el contexto genómico influye en la expresión de ERVs, y se demostró homología entre algunos ERVs de humanos y algunos ERVs en gorila y orangután, lo cual demuestra su importancia evolutiva en estas especies.