La regulación de un gen depende importantemente de la unión de factores de transcripción a sitios específicos localizados en la región reguladora de dicho gen. La especificidad del reconocimiento entre el factor de transcripción y un sitio de unión es muy alta pero deja lugar para cierto grado de degeneración, es decir, un mismo factor de transcripción puede unir,con afinidades variables, diferentes secuencias de DNA que varían entre sí por aproximadamente 20 a 30% de sus pares de bases. La dinámica de formación de los sitios de unión es esencial en la aparición de redes reguladoras complejas,tales como las que subyacen a la evolución de novedades en el desarrollo delos eucariontes multicelulares. Sin embargo, los contextos biofísico y evolutivo de mutaciones que potencialmente cambian la afinidad entre sitios de unión y factores de transcripción han sido abordados sólo recientemente. En este proyecto proponemos modelar computacionalmente los cambios en la energía de unión entre factores de transcripción de la familia MADS y sus sitios de unión canónicos, las llamadas cajas CArG, cuando tienen lugar mutaciones puntuales en las secuencias de dichos sitios de unión. Estos experimentos computacionales nos permitirán describir la contribución de cada posición de la secuencia de DNA a la unión con el factor de transcripción; determinar si las cajas CArG “canónicas” corresponden a máximos (locales o globales) de afinidad hacia los factores de transcripción modelados o si, por el contrario, alguno de sus vecinos que se encuentren a una mutación puntual de distancia tiene una afinidad mayor por la proteína; estimar el tamaño del “espacio de secuencias” en el que las mutaciones puntuales cambian poco la afinidad entre sitio de unión y proteína (lo que nos permitirá estimar qué fuerzas evolutivas pueden moldear la variabilidad de los sitios de unión); descubrir si existen interacciones entre diferentes posiciones de los sitios de unión que violen el supuesto de aditividad en las contribuciones de cada posición a la energía de unión (pleiotropías); construir modelos estadísticos de las ca jas CArG aún cuando no exista información sobre cuáles son los blancos directos de determinando factor de transcripción MADS; y hacer predicciones sobre que genes se hallarán ba jo el control de determinado factor de transcripción MADS.

Es generalmente aceptado que la evolución de las interacciones regulatorias es una de las principales fuerzas para la generación de novedades evolutivas. En años recientes esta idea ha sido llevada al contexto de la evolución de los mecanismos del desarrollo, la generación de adaptaciones y la evolución de los planos corporales de los eucariontes pero las pruebas directas, experimentales y de simulación, acerca de los mecanismos que subyacen a la evolución de la regulación transcripcional han aparecido con menor frecuencia. Este proyecto plantea abordar, con una estrategia de simulación computacional, el estudio del paisaje adaptativo en el que se da la evolución de la interacción entre factores de transcripción y regiones regulatorias en genes de plantas. Bajo el supuesto de que la adecuación de un gen dependerá directamente de la fuerza con la que sus regiones regulatorias unan a los factores de transcripción, se pretende modelar por primera vez la totalidad del paisaje adaptativo para un sistema genético en el que se puede enumerar a la totalidad de los alelos y asignarles un valor fenotípico. Adicionalmente, de este estudio se pueden derivar aplicaciones bioinformáticas novedosas. Por ejemplo, las estrategias bioinfortmáticas de descubrimiento y búsqueda de motivos regulatorios en los genomas de eucariontes tales como el "footprinting filogenético" o el descubrimiento de motivos por maximización de la expectación (MAST-MEME) funcionan bien para identificar regiones refulatoriuas interesantes, sin embargo dependen críticamente de que se tengan suficientes regiones reguladoras de especies cercanas entre sí (footprinting filogenético) o bien suficiente evidencia experimental de que determinado grupo de genes, cuyas regiones reguladoras se conocen, está formado por genes corregulados. Puesto que hoy en día la obtención de este tipo de datos es aún relativamente onerosa, es interesante desarrollar nuevas técnicas de descubrimiento de motivos regulatorios. Ahora bien, el protocolo experimental propuesto en este proyecto puede convertirse directamente en una tecnología nueva de descubrimiento de motivos de unión a factores de transcripción que no depende de la información ya mencionada sino únicamente información estructural y de interacciones biofísicas.