Análisis del estado de la cromatina en el ciclo metabólico de la levadura y su integración estadística con el metabolismo y la expresión génica

Abstract

[ES] Las levaduras en un sistema de crecimiento continuo, de alta densidad y con una concentración de glucosa baja tienen un ciclo robusto de 4-5 horas (ciclo metabólico de la levadura, o YMC del inglés Yeast Metabolic Cycle), en el que la población se sincroniza y muestra oscilaciones del consumo de oxígeno. En estudios anteriores se ha demostrado que la expresión génica varía a lo largo de las tres fases en las que se divide este ciclo (fase OX u oxidativa, fase RB o reductiva-constructora y fase RC o reductiva-cargadora). El YMC es un modelo robusto, idóneo para estudiar la regulación molecular en levaduras, ya que impulsa la transcripción temporal de un 60% de los genes del organismo y la coordinación de procesos celulares y metabólicos esenciales de una manera que recuerda el ciclo circadiano. El objetivo central de este trabajo es estudiar los mecanismos que regulan la variación de expresión entre las distintas fases por medio de datos de ATAC-Seq (ensayo de cromatina accesible por transposasa por medio de secuenciación de alto rendimiento), una técnica que permite analizar las regiones del genoma con la cromatina menos compactada, y por tanto son accesibles a la maquinaria transcripcional, lo que se relaciona con la regulación de la expresión génica. Para ello, se estudia cómo evolucionan las regiones abiertas de la cromatina a lo largo del YMC, así como las funciones biológicas de los genes presentes en estas regiones. Además, estos datos de la regulación génica van a ser integrados con otras ómicas (RNA-Seq, ChIP-Seq y metabolómica). Con este trabajo se muestra que el estado de la cromatina captura información biológica, ya que las regiones abiertas de la misma se encuentran cerca de genes que muestran una buena representación de las funciones sobreexpresadas en cada fase del YMC. Este estudio nos ha permitido encontrar reguladores que pueden resultar clave en el ciclo metabólico de la levadura, posibilitando una mejor comprensión de su regulación génica.

[EN] Yeasts in a continuous, high density, low glucose concentration system have a robust 4-5 hours cycle (Yeast Metabolic Cycle, YMC), in which the population is synchronized showing oscillations of oxygen consumption. It has been shown in previous studies that gene expression varies throughout the three phases in which this cycle is divided (OX or oxidative phase, RB phase or reductive-builder and RC phase or reductive-charging). The YMC is a robust model, perfect for studying molecular regulation in yeast, since it promotes temporal transcription throughout the genome and the coordination of essential cellular and metabolic processes in a manner reminiscent of the circadian cycle. The main objective of this work is to study the mechanisms that regulate the expression variation between the different phases using ATAC-Seq data (Assay for Transposase Accessible Chromatin with high-throughput sequencing), a technique that allows to analyze genomic regions where chromatin is less compacted, and therefore is accessible to the transcriptional machinery, which is related to the regulation of gene expression. To do this, we study how the open regions of chromatin evolve along the YMC, as well as the genes¿ biological functions present in these regions. In addition, this gene regulation data is going to be integrated with other omics (RNA-Seq, ChIP-Seq and metabolomics). This work shows that the chromatin state captures a lot of biological information, since there is a good representation of the overexpressed functions in each phase of the YMC, as well as a good correlation with the other omics, obtaining a much more complete picture of the YMC. This study has allowed us to find regulators that can be key in the yeast metabolic cycle, as well as a better understanding of its gene regulatory dynamics.