Line-1 activity in human somatic stem cells

Resumen

Aproximadamente la mitad de nuestro genoma está formado por secuencias repetidas, algunas de las cuales poseen la capacidad para moverse en el DNA. LINE-1 o L1 es el único elemento móvil autónomo humano en la actualidad, que comprende un 17% del genoma (con más de 500.000 copias por genoma celular). Este elemento posee un impacto notable sobre el ser humano y su evolución, debido a su capacidad de transportar su secuencia y otras a nuevos sitios del genoma. Así, las proteínas codificadas por LINE-1s activos son responsables de su movilización pero también de la de otros elementos móviles no autónomos como Alu, de los cuales poseemos aproximadamente 1.000.000 de copias por genoma celular. Dado su carácter móvil, las inserciones de L1 y Alu están implicadas en un gran número de enfermedades humanas (por desactivación génica), y su movilidad (conocida como retrotransposición) representa una fuente contínua de diversidad genética en humanos. Para garantizar su transmisión a las generaciones posteriores, L1 o Alu se movilizarán en las células germinales o durante el desarrollo embrionario temprano. Asi, las células madre embrionarias (hESC) suponen el modelo más cercano para el estudio de la actividad de L1 y Alu en estadios tempranos del desarrollo. De hecho recientemente se ha demostrado que hESCs expresan activamente L1 y pueden albergar nuevos eventos de retrotransposición. En el primer trabajo aportado en esta tesis, se determinó que varias subfamilias de elementos Alu se expresan en hESCs, y que la mayor parte son elementos Alu activos. Del mismo modo, y utilizando la presencia de un promotor antisentido en el promotor de L1, hemos podido mapear de forma precisa la expresión de L1 en hESC. Sorprendentemente, encontramos que los elementos Alu expresados se enriquecen más en la subfamilia joven ¿Y¿, y que los elementos L1 expresados se encuentran en su mayoría dentro de los genes, lo que sugiere un control epigenético de la expresión del retrotransposón en hESCs. Todos estos datos sugieren que distintas subfamilias de elementos L1 / Alu activos se expresan en hESCs, y sugieren que el grado de mosaicismo somático atribuible a inserciones L1 y Alu durante el desarrollo temprano puede ser mayor de lo previsto. En el siguiente estudio que realizamos, nos preguntamos acerca de la frecuencia y el momento en el que ocurre la retrotransposición de L1 durante el desarrollo embrionario temprano. Además, desconocemos si la movilidad de este retroelemento da como resultado un daño sobre el ADN genómico durante o tras la inserción de L1. Las células que soportan altas tasas de retrotransposición de L1 pueden ser especialmente susceptibles de estas lesiones. Por otro lado, como se ha argumentado anteriormente, el estudio de la movilidad y regulación de L1 en células madre o stem (como el linaje adipogénico en MSCs o las células CD34+ en HSCs), que obtuvimos gracias a la capacidad multipotente de las células madre somáticas. Aquí observamos el mismo patrón de expresión del retroelemento L1 que en el tipo celular más indiferenciado. En todos los tipos celulares anteriores se determinó el nivel de metilación del promotor de L1 en estas células. En este caso observamos una alta correlación entre hipermetilación del promotor, y una baja expresión del retroelemento. Además, para determinar si los elementos LINE-1 son activos en células madre somáticas, utilizamos un sistema de retrotransposición basado en la activación de un gen reportero sólo tras un auténtico evento de trasposición. Nuestro resultados mostraron una baja tasa de movilidad tanto en MSCs como en HSCs (tanto en estado multipotente, como en células derivadas de éstas). Dado que las células en las que estudiamos el comportamiento de L1 procedían del mismo origen germinal (mesodérmico), nos preguntamos si la movilidad de este elemento podría estar restringida a una capa germinal concreta. Así bien, utilizando células de origen ectodérmico como son los keratinocitos, observamos tanto una baja expresión del retroelemento como una baja actividad. De manera que todos estos datos nos sugieren que la actividad de LINE-1 se encuentra restringida al cerebro humano y sustenta la posibilidad de generación de plasticidad en el cerebro a nivel de individuo.