Prijeđite na glavni sadržaj

GENREP - Utjecaj ponavljajućih sekvenci na molekularnu evoluciju i arhitekturu genoma školjkaša

GENREP - Utjecaj ponavljajućih sekvenci na molekularnu evoluciju i arhitekturu genoma školjkaša
Kategorija
Projekti Hrvatske zaklade za znanost
Iznos financiranja
199.660,00
EUR
Datum početka
8.12.2025.
Datum završetka
7.12.2028.
Status
Aktivan

Glavni istraživač

Sveprisutne, a u isto vrijeme još uvijek najmanje shvaćene komponente svakog eukariotskog genoma su ponavljajuće sekvence DNA, koje se ponekad nazivaju i "tamna tvar genoma". One se dijele u dvije velike skupine, na: satelitne DNA (satDNA) sastavljene od nizova koje čine uzastopno ponovljene sekvence i mobilne ili transponirajuće elemente (TE, od eng. transposable elements), raspršene po genomu. SatDNA i TE smatraju se ključnim graditeljima arhitekture genoma i pokretačima njegove evolucije, uzevši u obzir da na evoluciju genoma snažno utječu procesi koji reorganiziraju ponavljajuće sekvence DNA i mijenjaju njihov broj kopija. SatDNA i njihovi transkripti imaju aktivne uloge u uspostavi heterokromatina i funkciji centromera, kao i u regulaciji ekspresije gena u različitim biološkim kontekstima, npr. odgovoru na stres i u okolišnim prilagodbama. TE čine većinu cis-regulatorne DNA u ljudskom genomu i izvor su brojnih proteina uključenih u fiziologiju i razvoj sisavaca. Oni utječu na regulacijske mreže koje su uključene u procese poput ranog embrionalnog razvoja i imuniteta te mogu utjecati na specijaciju. Njihovo premještanje, regulatorne aktivnosti i utjecaji na integritet genoma također uzrokuju i/ili pogoršavaju učinke mnogih bolesti.

Na evoluciju sekvenci satDNA utječu mnogi molekularni mehanizmi koji su u podlozi složenosti njihove sekvence, homogenosti, varijabilnosti u duljini niza niza te brze evolucije. Visoka sličnost u sekvencama monomera unutar obitelji satDNA rezultat je njihove međusobno ovisne evolucije, fenomena poznatog kao "usklađena evolucija". Ovaj proces odvija se u dva stupnja: prvo, mutacije se ili šire ili eliminiraju među monomerima obitelji satDNA unutar genoma, nakon toga se fiksiraju unutar skupine reproduktivno povezanih organizama. Stoga je razina varijabilnosti sekvenci unutar obitelji satDNA ravnoteža između akumulacije mutacija i brzine njihovog širenja/eliminacije među monomerima satDNA. Vjeruje se da evolucija satDNA slijedi i tkz. "model biblioteke". On predlaže da blisko srodne vrste dijele skup satDNA koje potječu od zajedničkog pretka, pri čemu je svaka satDNA različito amplificirana u svakoj od vrsta. Stoga, ovisno o dinamici sekvence u određenom organizmu ili skupini organizama, mogu se pojaviti različiti evolucijski scenariji, koji u konačnici definiraju cjelokupni genomski krajolik satDNA.

 

Shematski prikaz različitih mehanizama i glavnih načela koja upravljaju evolucijom satDNA.
(kliknite za veći prikaz slike)

Školjkaši su organizmi s velikim ekonomskim i ekološkim značajem. Njihov komercijalni značaj je neupitan u akvakulturi, gdje, zbog svoje visoke nutritivne vrijednosti, dosežu produkciju od nekoliko milijuna tona godišnje. Ekološki utjecaj ovih organizama posebice je od značaja kad invazivne vrste školjkaša počnu zauzimati nova staništa, značajno utječući na nativne organizme. Istraživački interes koji obuhvaća sve aspekte biologije školjkaša je brzo-rastući, a njihova svojstva su od interesa u mnogim područjima istraživanja, kao što su: diferencijacija matičnih stanica, sposobnost borbe protiv patogena u nedostatku adaptivnog imuniteta, izvori alternativnih lijekova, mukozni imunitet, toksikologija pa čak i otpornost na rak. Novije studije obuhvaćaju analize na razini cjelokupnog genoma (transkriptom, metilom, proteom, metabolom, epigenom, repeatom, satelitom, itd.).

Repetitivne sekvence kamenica pokazale su nove obrasce i iznimke u odnosu na kanonske koncepte, pružajući vrijedan doprinos biologiji repetitivne DNA. Osim toga, pokazano je da su satDNA u ovim organizmima intenzivno povezane s TE, posebice s elementima Helitron.

Koristeći različite eksperimentalne i bioinformatičke pristupe, ovaj projekt namjerava istražiti  ulogu TE u organizaciji, širenju i evoluciji satDNA nekoliko vrsta kamenica. Bit će ispitan stupanj ''usklađene evolucije'' i uspoređen za samostalne i TE-inkorporirane nizove satDNA, unutar i između vrsta. Bit će istražena razlika u količini i sadržaju heterokromatina te identificiran i uspoređen aktivni dio mobiloma kamenica. Dobiveni rezultati dat će vrijedan doprinos razumijevanju repetitivnih krajolika genoma te njihovog utjecaja na kromosomsku arhitekturu. Istovremeno, komparativna repeatomika pružit će uvid u evolucijske procese i odnose među repetitivnim sekvencama srodnih vrsta.

 

Članovi tima:

dr. sc. Eva Šatović Vukšić
dr. sc. Miroslav Plohl
mag. educ. biol. et chem. Patrik Majcen
dr. sc. Juan J. Pasantes
dr. sc. Daniel García Souto
dr. sc. Andrea Luchetti

 

Kontakt:

Eva Šatović Vukšić esatovic@irb.hr

Zavod za molekularnu biologiju