Sitio hipersensible a la DNasa I

En genética , los sitios hipersensibles a la DNasa I ( DHS ) son regiones de cromatina sensibles a la escisión por la enzima DNasa I. En estas regiones específicas del genoma, la cromatina pierde su estructura condensada, exponiendo el ADN y haciéndolo accesible. Esto aumenta la disponibilidad del ADN para la degradación por enzimas como la DNasa I. Estas zonas de cromatina accesibles están funcionalmente relacionadas con la actividad transcripcional , ya que este estado remodelado es necesario para la unión de proteínas como los factores de transcripción .

Desde su descubrimiento hace 30 años, los DHS se han utilizado como marcadores de regiones reguladoras del ADN. Se ha demostrado que estas regiones localizan diversos tipos de elementos cis-reguladores, como promotores, potenciadores, aisladores, silenciadores y regiones de control de locus. La secuenciación de ADN (DNase-Seq) permite medir estas regiones a gran escala . ^{[ 2 ]}

El proyecto ENCODE propone mapear todos los DHS del genoma humano con la intención de catalogar el ADN regulador humano.

Los DHS marcan regiones del genoma transcripcionalmente activas, donde se produce selectividad celular. Para ello, utilizaron 125 tipos celulares humanos diferentes. De esta forma, mediante la técnica de secuenciación masiva, obtuvieron los perfiles de DHS de cada tipo celular. A través del análisis de los datos, identificaron casi 2,9 millones de DHS distintos. El 34% eran específicos de cada tipo celular, y solo una pequeña minoría (3692) se detectaron en todos los tipos celulares. Además, se confirmó que solo el 5% de los DHS se encontraban en regiones TSS (Sitios de Inicio de la Transcripción). El 95% restante representaba DHS distales, distribuidos uniformemente entre regiones intrónicas e intergénicas. Los datos dan una idea de la gran complejidad que regula la expresión genética en el genoma humano y la cantidad de elementos que controlan esta regulación.

Se ha publicado el mapeo de alta resolución de DHS en la planta modelo Arabidopsis thaliana . Se han identificado un total de 38.290 y 41.193 DHS en los tejidos de las hojas y las flores, respectivamente. ^{[ 3 ]}

El estudio de los perfiles DHS combinado con otras técnicas permite analizar el ADN regulador en humanos:

• Factor de transcripción : Mediante la técnica ChIP-Seq , se determinaron los sitios de unión al ADN en ciertos grupos de factores de transcripción y se compararon los perfiles DHS. Los resultados confirman una alta correlación, lo que demuestra que la unión coordinada de ciertos factores está implicada en la remodelación y accesibilidad de la cromatina.
• Patrones de metilación del ADN : La metilación de CpG se ha relacionado estrechamente con el silenciamiento transcripcional. Esta metilación provoca una reorganización de la cromatina, condensándola e inactivándola transcripcionalmente. Los CpG metilados que se encuentran dentro de los DHS impiden la asociación de los factores de transcripción al ADN, inhibiendo la accesibilidad de la cromatina. Los datos sugieren que el patrón de metilación que se corresponde con la accesibilidad selectiva de la cromatina en las células resulta de la deposición pasiva tras la disociación de los factores de transcripción del ADN regulador.
• Firma de la cromatina promotora : La modificación H3K4me3 está relacionada con la actividad transcripcional. Esta modificación se produce en el nucleosoma adyacente al sitio de inicio de la transcripción (TSS), relajando la estructura de la cromatina. Esta modificación de histonas se utiliza como marcador de promotores, empleándola para mapear estos elementos en el genoma humano.
• Conexiones promotor/potenciador : los elementos cis-reguladores distales, como los potenciadores, se encargan de modular la actividad de los promotores. De esta forma, los elementos cis-reguladores distales se sincronizan activamente con su promotor en las líneas celulares que activan la expresión del gen controlado. Utilizando los perfiles DHS, se buscaron correlaciones entre ellos para identificar conexiones promotor/potenciador. Así, se pudo crear un mapa de potenciadores candidatos que controlan genes específicos.

Los datos obtenidos se validaron mediante la técnica de captura de conformación cromosómica por copia de carbono (5C). Esta técnica se basa en la asociación física que existe entre el promotor y los potenciadores, determinando las regiones de cromatina que entran en contacto en las conexiones promotor/potenciador.

Se confirmó que la mayoría de los promotores estaban relacionados con más de un potenciador, lo que indica la existencia de una compleja red de regulación para la gran mayoría de los genes. Sorprendentemente, también se descubrió que aproximadamente la mitad de los potenciadores estaban asociados con más de un promotor. Este hallazgo demuestra que el sistema cis-regulador humano es mucho más complejo de lo que se pensaba inicialmente.

El número de elementos cis-reguladores distales conectados a un promotor está relacionado con el promedio cuantitativo de la complejidad de la regulación de un gen. De esta manera, se determinó que los genes humanos con mayor interacción con DHS distales, y con al menos una regulación más compleja, correspondían a genes con funciones en el sistema inmunitario . Esto indica que el conjunto de señales celulares y ambientales procesadas por el sistema inmunitario está directamente codificado en la arquitectura cis-reguladora de sus genes constituyentes.

• Proyecto ENCODE : Base de datos de elementos regulatorios
• DHS de plantas  : PlantDHS