Bioinformatic analysis of epigenetic regulatory mechanisms in development and disease

Abstract

Appropriate regulation of gene expression is necessary for correct development and homeostasis of organisms. Epigenetic mechanisms represent an additional layer of information, besides the genetic sequence, crucial for the correct functioning of each cell. Histone modifications, which modulate and are associated to transcriptional activation or repression, are a major epigenetic feature. Thanks to predictive modelling, we have studied which histone modifications relate better to enhancer or promoter function in mouse embryonic stem cells, during differentiation and in animal development. We have found that different histone modifications relate better to enhancers or promoters, respectively. We have studied the role of poised enhancers during differentiation and development. We have seen that poised enhancer activation is not exclusive of the neural lineage, but a general mechanism implicated in differentiation of every cell type. We have characterized the epigenetic landscape of Cushing’s syndrome. We have found persistent epigenetic and transcriptional alterations after long-term remission of the disease, related to a deep alteration of the circadian rhythm. These findings promise to be relevant for future therapeutic advances.

Una regulació apropiada de l’expressió gènica és necessària per a un correcte desenvolupament i homeòstasi dels organismes. Els mecanismes epigenètics representen una informació addicional, a més de la seqüència genètica, crucial per al correcte funcionament de cada cèl·lula. Les modificacions d’histones, que modulen i s’associen a activació o repressió transcripcionals, són una característica epigenètica important. Gràcies al modelatge predictiu, hem estudiat quines modificacions d’histones es relacionen millor amb la funció dels enhancers o promotors en cèl·lules mare embrionàries de ratolí, durant la diferenciació i en el desenvolupament animal. Hem trobat que modificacions d’histones diferents es relacionen millor amb enhancers o promotors, respectivament. Hem estudiat el rol dels poised enhancers durant la diferenciació i el desenvolupament. Hem vist que l’activació dels poised enhancers no és exclusiva del llinatge neural, sinó un mecanisme implicat en la diferenciació de tot tipus cel·lular. Hem caracteritzat el paisatge epigenètic de la síndrome de Cushing. Hem trobat alteracions epigenètiques i transcripcionals després d’una remissió de la malaltia a llarg termini, relacionades amb una profunda alteració del ritme circadiari. Aquestes troballes prometen ser rellevants per a futurs avenços terapèutics.