A code biology analysis of the regulatory regions in cell lines / Análisis de biología de códigos de las regiones reguladoras en líneas celulares

Abstract Coding sequences are widely studied for their relevance in protein synthesis. However, higher organism genomes, such as human genomes, has a small amount of them, and a larger proportion of non-coding sequences. ENCODE and Epigenomic Roadmap projects discovered that regulatory functions are carried out in the non-coding regions of the human genome. These regulatory functions are part of the regulatory machinery that yields different gene expression profiles, thus, different cell lines. Whereas different environmental elements, i. e. histone modifications, DNA methylation, and other epigenomic phenomena, determine the regulatory function of genome part, the sequences' composition where these functions take place could also influence regulatory machinery. In this work, we explore the non-coding regulatory sequences and lexica build with subsequences between 3 and 16 nucleotides to evaluate the difference between the sequence composition of the regulatory regions in the cell lines. Our results show that the lexica corresponding to the regulatory regions are different based on their complexity/degeneracy, moreover, the lexica of regulatory regions in different cell lines are also different. These features suggest that non-coding sequences are an active element of the regulatory machinery and the histone code that are involved in cell differentiation.

Resumen Las secuencias codificantes han sido ampliamente estudiadas por su relevancia en la síntesis de proteínas. Sin embargo, los genomas de organismos complejos, como el humano, tiene una porción menor de estas secuencias y una mayor proporción de secuencias no codificantes. Los proyectos del ENCODE y Epigenomic Roadmap describieron que las funciones reguladoras se llevan acabo en las regiones no codificantes del genoma humano. Estas funciones reguladoras son parte de la maquinaria reguladora que produce diferentes perfiles de expresión genética, por tanto, diferentes líneas celulares. Mientras diferentes elementos del entorno, como las modificaciones en las histonas, metilación del ADN y otros fenómenos epigenéticos, determinan la función reguladora que tienen una porción del genoma, la composición de la secuencia donde estas funciones son llevadas a cabo también podrían influir en la maquinaria reguladora. En este trabajo, se exploraron las secuencias de las regiones no codificantes y los léxicos generados con las subsecuencias entre 3 y 16 nucleótidos, para evaluar las diferencias entre la composición de las secuencias de las regiones reguladoras en las líneas celulares. Los resultados muestran que los léxicos correspondientes a las regiones reguladoras son diferentes con base en su complejidad/degeneración, así mismo, los léxicos de las regiones reguladoras en distintas líneas celulares son también distintos. Estos detalles sugieren que las secuencias no codificantes son elemento activo de la maquinaria reguladora y del código histónico que participan en la diferenciación celular.

Genetic Architecture of Transcription and Chromatin Regulation

DNA microarray and next-generation sequencing provide data that can be used for the genetic analysis of multiple quantitative traits such as gene expression levels, transcription factor binding profiles, and epigenetic signatures. In particular, chromatin opening is tightly coupled with gene transcription. To understand how these two processes are genetically regulated and associated with each other, we examined the changes of chromatin accessibility and gene expression in response to genetic variation by means of quantitative trait loci mapping. Regulatory patterns commonly observed in yeast and human across different technical platforms and experimental designs suggest a higher genetic complexity of transcription regulation in contrast to a more robust genetic architecture of chromatin regulation.