Origen de la multicel·lularitat : una aproximació genòmica i funcional

En el present estudi s'analitza l'origen i evolució de 2 molècules claus pera entendre la multicel·lularitat dels animals: les molècules d'adhesió integrines i els factors de transcripció T-box. S’utilitzen els genomes recentment publicats de protists unicel•lulars parents propers dels animals. S’analitza l’origen i evolució d’aquests gens mitjançant anàlisi filogènic, determinació de motius funcionals i també tècniques de biologia molecular. A més, es documenta un cas de transferència gènica horitzontal des d'un eucariota cap a un procariota, fenomen poc habitual. Les principals conclusions són que tant l’adhesoma d'integrina com els gens T-box tenen un origen molt anterior als animals, en un context unicel•lular, i que després foren cooptats pel llinatge multicel•lular dels animals.

Estudio de los mecanismos terapéuticos en la inducción de tolerancia immunológica en un modelo animal de esclerosis múltiple

En una serie de estudios previos demostramos que la infusión de células de médula ósea (MO) modificadas genéticamente para la expresión del autoantígeno MOG40-55 en ausencia de mieloablación inducía tolerancia antígenoespecífica en un modelo murino de esclerosis múltiple. También observamos que este efecto terapéutico no requería injerto hematopoyético. Nos propusimos estudiar si el efecto tolerogénico está inducido por una subpoblación de células generadas durante la transducción de la MO y el papel de las células T reguladoras en la inducción de la tolerancia. Las células de MO fueron cultivadas y transducidas usando medio complementado con 20% FCS y medios condicionados como fuente de stem cell factor (SCF) e IL-3 murinos. Las diferentes poblaciones celulares se separaron por citometría de flujo y se analizó la capacidad supresora de las poblaciones candidatas. Por otro lado se analizó la presencia de células T reguladoras en bazo y SNC de los ratones recuperados después de la infusión de células de MO transducidas. A los cinco días de cultivo, la mayoría de células presentaban fenotipo mieloide (Mac-1+Gr-1low/-:31,9+-10,2%; Mac-1+Gr-1high:26,0+-3,3%). Ambos fenotipos se corresponden con dos subpoblaciones de células mieloides supresoras (MDSC, tipo monocí¬tico y granulocítico respectivamente) descritas recientemente. Se estudió la capacidad de ambas poblaciones para suprimir la respuesta proliferativa específica de esplenocitos frente a MOG40-55 in vitro, observando una mayor capacidad de supresión de las MDSC monocíticas, que se correspondí¬a con niveles significativamente superiores de actividad de las enzimas arginasa-1 y sintasa de óxido nítrico (ambos mecanismos supresores característicos de las MDSC). A los 7 días del tratamiento no se observaron diferencias significativas en el porcentaje de células T reguladoras (Treg y Tr1) entre el grupo tratado (liM) y los grupos de control.

Progresión tumoral y búsqueda de nuevas dianas terapéuticas en la familia de tumores del sarcoma de Ewing: función biológica de la caveolina-1

El sarcoma de Ewing es el segundo tumor óseo infantil más frecuente y presenta una alta incidencia de enfermedad metastática. Este tipo de tumores presentan una traslocación génica característica que da origen a una proteína de fusión, normalmente EWS/FLI1. Esta proteína de fusión actúa como factor de transcripción aberrante regulando la expresión de diferentes genes implicados en la iniciación, mantenimiento y progresión del tumor. Nuestro grupo describió como uno de estos genes diana a la caveolina 1 (CAV1) describiendo además su papel determinante en el fenotipo maligno del sarcoma de Ewing, en la tumorigénesis y en la resistencia a apoptosis inducida por quimioterapia. Para investigar el papel concreto de CAV1 en el proceso metastático de este sarcoma, creamos un modelo de baja expresión de CAV1 en líneas celulares de sarcoma de Ewing y determinamos cambios en su capacidad migratoria, invasiva y metastática. En los ensayos in vitro hallamos una menor capacidad migratoria de las células knockdown de CAV1 y una reducción en la expresión de MMP9 y en la actividad de MMP2. La regulación de la actividad de MMP2 parece estar relacionada con la posible regulación que ejerce CAV1 en la función de MT1-MMP, proteína fundamental para la activación de MMP2. Por otro lado, en este estudio proponemos que CAV1 promueve la expresión de MMP9 tanto transcripcionalmente, regulando la vía de señalización ERK1/2, como a nivel post-transcripcional regulando la vía RSK1/rpS6. Además, en los ensayos de metástasis experimental in vivo las células knockdown de CAV1 presentaron una menor incidencia de metástasis pulmonar, hecho que correlacionó con una disminución en la expresión de SPARC, una proteína de adhesión importante en procesos metastáticos. En resumen, nuestros resultados evidencian la importancia de CAV1 en el proceso metastático del sarcoma de Ewing.

Visualització de la interaccio entre la proteïnaG12 i la catenina p120

Els processos de senyalització a través de receptors acoplats a proteïnes G (GPCRs) estan implicats en una gran varietat de processos fisiològics i patològics. Els objectius de la meva recerca es centren en l’estudi de la funció de les proteïnes heterotrimèriques de la família G12, en particular, en el paper que aquestes proteïnes poden tenir en la inducció de la migració cel•lular. Des del seu descobriment, s’han descrit diversos efectors que s’uneixen i es regulen per aquestes proteïnes. Les proteïnes de la família de RhoGEF semblen ser els efectors més directes i que juguen un paper més important en els processos de senyalització de les proteïnes G12. Tanmateix, resultats recents semblen indicar que altres vies independent de l’activació de Rho són també necessàries perquè els efectes fisiològics de les vies de les proteïnes G12 tinguin lloc. En aquest camp, els resultats que he obtingut, juntament amb resultats previs del grup, han descrit una nova via d’activació independent de Rho. Hem trobat que la proteïna G12 s’uneix a una catenina: la catenina p120. La seva unió sembla tenir lloc a través l’extrem N-terminal de la catenina i condueix a la reducció de la fosforilació en algun dels seus residus de tirosina, ja sigui per la quinasa Src o per l’activació a través d’EGF. Per tant, aquests resultats suggereixen que una altra via d’acció de la proteïna G12 seria mitjançant la regulació de la catenina p120 i, com a conseqüència, alguns processos d’adhesió cel•lular es podrien veure afectats. A fi d’entendre millor la regulació i la interacció de la catenina p120 hem iniciat l’estudi de la seva distribució cel•lular en l’espai i temps mitjançant tècniques de microscopia. Així, vam intentar construir una sonda de G12 fluorescent amb GFP. Després de diversos intents i experiments amb proteïnes no funcionals hem aconseguit, amb la col•laboració de T. Meigs, una construcció funcional que activa Rho. Això ens permetrà acabar els experiments de seguiment in vivo.

Estudi de la relació estructura-funció de les proteïnes CPT1

En aquest treball s’ha analitzat la relació estructura-funció dels enzims CPT1, o Carnitina palmitoïltransferasa 1, que catalitza la reacció de transesterificació dels àcids grassos de cadena llarga a acil-carnitines, per tal que puguin accedir a la matriu mitocondrial i ser oxidats. Aquest enzim es troba estrictament regulat per malonil-CoA, primer intermediari de la síntesi d’àcids grassos, establint-se així una regulació coordinada entre la formació i la degradació de grasses. S’han estudiat els tres isotips de CPT1 descrits fins al moment: CPT1A, CPT1B i CPT1C. Mitjançant l’expressió heteròloga de mutants de CPT1A de rata i CPT1B de porc en el llevat P. pastoris, s’ha estudiat l’efecte sobre la inhibició per malonil-CoA de petits canvis en la seva estructura, per tal de trobar una relació entre la seva funció enzimàtica i la disposició conformacional de la proteïna. Segons els resultats obtinguts, el residu Glu590 de CPT1A de rata estaria impedint la unió de l’inhibidor, mentre que el residu Met593 estaria afavorint aquesta unió. Els estudis amb l’enzim CPT1B de porc demostraren l’existència d’un determinant positiu per la sensibilitat al malonil-CoA en els primers 18 residus de la proteïna, i definiren la posició Glu17 com la responsable de l’alta afinitat a la carnitina i la baixa sensibilitat a la inhibició per malonil-CoA (8). Es clonà i caracteritzà la regió promotora del gen de CPT1C humana, amb la intenció d’analitzar la funcionalitat de putatius elements de resposta identificats in silico. Cap dels elements estudiats resultà ser funcional in vivo. A més, es demostrà que la manca d’activitat catalítica de la proteïna no és deguda a l’extensió C-terminal que presenta respecte els isotips A i B, tot i presentar un alt percentatge d’identitat de seqüència. S’ha amplificat una isoforma humana de CPT1C (Pubmed Acc. Num. AK299866), corresponent a la regió carboxiterminal de la proteïna, que es pretén utilitzar per obtenir el primer cristall de la part soluble d’una proteïna CPT1.     

Comparativa de dues eines de software pel desenvolupament de classificadors d'espectroscòpia de ressonància magnètica nuclear de tumors cerebrals humans

En aquest treball s’ha fet una avaluació comparativa dels resultats que es poden obtenir amb el software SpectraClassifier 1.0 (SC) desenvolupat al nostre grup de recerca, comparant‐lo amb l’SPSS, un programa estadístic informàtic estàndard, en un problema de classificació de tumors cerebrals humans amb dades d’espectroscopia de ressonància magnètica de protó (1H‐ERM). El interès d’aquesta avaluació comparativa radica en la documentació dels resultats obtinguts amb els dos sistemes quan en la correcció dels resultats obtinguts, així com ponderar la versatilitat i usabilitat dels dos paquets de software per a una aplicació concreta d’interès al treball del GABRMN. Per a aquest treball s’han utilitzat dades provinents de dos projecte europeus multicèntrics (INTERPRET i eTumour) en els quals vam participar. Les classes tumorals utilitzades (d’un total de 217 pacients) han sigut les majoritàries des del punt de vista epidemiològic: glioblastoma multiforme, metàstasi, astrocitomes de grau II, ligodendrogliomes de grau II, oligoastrocitomes de grau II i meningiomes de baix grau. Amb les dades d’aquests pacients s’han dissenyat classificadors basats en l’anàlisi discriminant lineal (LDA), s’han avaluat amb diferents mètodes matemàtics i s’han testat amb dades independents. Els resultats han estat satisfactoris, obtenint amb l’SC resultats més robusts amb dades independents respecte la classificació realitzada per l’SPSS.

Tandem chimeric transcription as a means to increase protein diversity in the human genome

The “one-gene, one-protein” rule, coined by Beadle and Tatum, has been fundamental to molecular biology. The rule implies that the genetic complexity of an organism depends essentially on its gene number. The discovery, however, that alternative gene splicing and transcription are widespread phenomena dramatically altered our understanding of the genetic complexity of higher eukaryotic organisms; in these, a limited number of genes may potentially encode a much larger number of proteins. Here we investigate yet another phenomenon that may contribute to generate additional protein diversity. Indeed, by relying on both computational and experimental analysis, we estimate that at least 4%–5% of the tandem gene pairs in the human genome can be eventually transcribed into a single RNA sequence encoding a putative chimeric protein. While the functional significance of most of these chimeric transcripts remains to be determined, we provide strong evidence that this phenomenon does not correspond to mere technical artifacts and that it is a common mechanism with the potential of generating hundreds of additional proteins in the human genome.

GENCODE: producing a reference annotation for ENCODE

Background: The GENCODE consortium was formed to identify and map all protein-coding genes within the ENCODE regions. This was achieved by a combination of initial manualannotation by the HAVANA team, experimental validation by the GENCODE consortium and a refinement of the annotation based on these experimental results.Results: The GENCODE gene features are divided into eight different categories of which onlythe first two (known and novel coding sequence) are confidently predicted to be protein-codinggenes. 5’ rapid amplification of cDNA ends (RACE) and RT-PCR were used to experimentallyverify the initial annotation. Of the 420 coding loci tested, 229 RACE products have beensequenced. They supported 5’ extensions of 30 loci and new splice variants in 50 loci. In addition,46 loci without evidence for a coding sequence were validated, consisting of 31 novel and 15putative transcripts. We assessed the comprehensiveness of the GENCODE annotation byattempting to validate all the predicted exon boundaries outside the GENCODE annotation. Outof 1,215 tested in a subset of the ENCODE regions, 14 novel exon pairs were validated, only twoof them in intergenic regions.Conclusions: In total, 487 loci, of which 434 are coding, have been annotated as part of theGENCODE reference set available from the UCSC browser. Comparison of GENCODEannotation with RefSeq and ENSEMBL show only 40% of GENCODE exons are contained withinthe two sets, which is a reflection of the high number of alternative splice forms with uniqueexons annotated. Over 50% of coding loci have been experimentally verified by 5’ RACE forEGASP and the GENCODE collaboration is continuing to refine its annotation of 1% humangenome with the aid of experimental validation.

EGASP: the human ENCODE Genome Annotation Assessment Project

Background: We present the results of EGASP, a community experiment to assess the state-ofthe-art in genome annotation within the ENCODE regions, which span 1% of the human genomesequence. The experiment had two major goals: the assessment of the accuracy of computationalmethods to predict protein coding genes; and the overall assessment of the completeness of thecurrent human genome annotations as represented in the ENCODE regions. For thecomputational prediction assessment, eighteen groups contributed gene predictions. Weevaluated these submissions against each other based on a ‘reference set’ of annotationsgenerated as part of the GENCODE project. These annotations were not available to theprediction groups prior to the submission deadline, so that their predictions were blind and anexternal advisory committee could perform a fair assessment.Results: The best methods had at least one gene transcript correctly predicted for close to 70%of the annotated genes. Nevertheless, the multiple transcript accuracy, taking into accountalternative splicing, reached only approximately 40% to 50% accuracy. At the coding nucleotidelevel, the best programs reached an accuracy of 90% in both sensitivity and specificity. Programsrelying on mRNA and protein sequences were the most accurate in reproducing the manuallycurated annotations. Experimental validation shows that only a very small percentage (3.2%) of the selected 221 computationally predicted exons outside of the existing annotation could beverified.Conclusions: This is the first such experiment in human DNA, and we have followed thestandards established in a similar experiment, GASP1, in Drosophila melanogaster. We believe theresults presented here contribute to the value of ongoing large-scale annotation projects and shouldguide further experimental methods when being scaled up to the entire human genome sequence.

SelenoDB 1.0 : a database of selenoprotein genes, proteins and SECIS elements

Selenoproteins are a diverse group of proteinsusually misidentified and misannotated in sequencedatabases. The presence of an in-frame UGA (stop)codon in the coding sequence of selenoproteingenes precludes their identification and correctannotation. The in-frame UGA codons are recodedto cotranslationally incorporate selenocysteine,a rare selenium-containing amino acid. The developmentof ad hoc experimental and, more recently,computational approaches have allowed the efficientidentification and characterization of theselenoproteomes of a growing number of species.Today, dozens of selenoprotein families have beendescribed and more are being discovered in recentlysequenced species, but the correct genomic annotationis not available for the majority of thesegenes. SelenoDB is a long-term project that aims toprovide, through the collaborative effort of experimentaland computational researchers, automaticand manually curated annotations of selenoproteingenes, proteins and SECIS elements. Version 1.0 ofthe database includes an initial set of eukaryoticgenomic annotations, with special emphasis on thehuman selenoproteome, for immediate inspectionby selenium researchers or incorporation into moregeneral databases. SelenoDB is freely available athttp://www.selenodb.org.

Transcription factor map alignment of promoter regions

We address the problem of comparing and characterizing the promoter regions of genes with similar expression patterns. This remains a challenging problem in sequence analysis, because often the promoter regions of co-expressed genes do not show discernible sequence conservation. In our approach, thus, we have not directly compared the nucleotide sequence of promoters. Instead, we have obtained predictions of transcription factor binding sites, annotated the predicted sites with the labels of the corresponding binding factors, and aligned the resulting sequences of labels—to which we refer here as transcription factor maps (TF-maps). To obtain the global pairwise alignment of two TF-maps, we have adapted an algorithm initially developed to align restriction enzyme maps. We have optimized the parameters of the algorithm in a small, but well-curated, collection of human–mouse orthologous gene pairs. Results in this dataset, as well as in an independent much larger dataset from the CISRED database, indicate that TF-map alignments are able to uncover conserved regulatory elements, which cannot be detected by the typical sequence alignments.

El Ciutadà ecològic

El nostre treball consisteix en un estudi sobre la rendibilitat econòmicad’apostar per certes mesures importants de caire ecològic. Es tracta, per tant, d’untreball d’actualitat però que evita la retòrica ‘ecologista’ que intenta convèncer per laconsciència de cadascú. En efecte, el nostre estudi té per objectiu fer veure als que elllegeixin que una altra manera de fer és, més que possible, rentable. Així doncs,al·ludim a la butxaca de la gent, mètode que s’ha demostrat força reeixit i que resultamolt convincent.Què trobarà el lector en el nostre treball? Trobarà, possiblement, l’empenta finalnecessària per decidir-se a invertir fort al principi. És quelcom difícil, acostumem a tenirreticències sobretot per l’elevada quantitat de diners que comporta aquesta inversió.Però finalment, aquells 200 euros que pagàrem de més pel rentaplats o per larentadora, no només acaben sent el nostre granet de sorra a fer un món sostenible,sinó que resulten rendibles en un futur pròxim.Els càlculs del treball es troben distribuïts en tres parts diferents. Analitzem lesmillores en el consum elèctric, en el consum d’aigua i en el tractament de residus queprovenen de l’activitat humana. Aquest estudi consisteix en una comparacióexhaustiva entre electrodomèstics ecològics i no ecològics en cada un dels tresàmbits.Aquesta comparació es podrà dur a terme una vegada trobada la funció de costper a cada tipus d’electrodomèstic (ecològic i no ecològic). D’aquesta manera trobaremel punt a partir del qual es comença a amortitzar (o no) la inversió ecològica. Això enspermetrà trobar l’estalvi total al llarg de la vida útil de l’electrodomèstic.Una vegada obtinguts els resultats de cada mesura ecològica elaborarem unafunció d’estalvi global per analitzar la rendibilitat a llarg termini d’un comportamentecològic a la llar representativa o estàndard del ciutadà barceloní.

Visualitzador de molècules d'ADN per laboratori virtual

RESUM Com a continuació del treball de final de carrera “Desenvolupament d’un laboratori virtual per a les pràctiques de Biologia Molecular” de Jordi Romero, s’ha realitzat una eina complementaria per a la visualització de molècules integrada en el propi laboratori virtual. Es tracta d’una eina per a la visualització gràfica de gens, ORF, marques i seqüències de restricció de molècules reals o fictícies. El fet de poder treballar amb molècules fictícies és la gran avantatge respecte a les solucions com GENBANK que només permet treballar amb molècules pròpies. Treballar amb molècules fictícies fa que sigui una solució ideal per a l’ensenyament, ja que dóna la possibilitat als professors de realitzar exercicis o demostracions amb molècules reals o dissenyades expressament per a l’exercici a demostrar. A més, permet mostrar de forma visual les diferents parts simultàniament o per separat, de manera que ofereix una primera aproximació interpretació dels resultats. Per altra banda, permet marcar gens, crear marques, localitzar seqüències de restricció i generar els ORF de la molècula que nosaltres creem o modificar una ja existent. Per l’implementació, s’ha continuat amb l’idea de separar la part de codi i la part de disseny en les aplicacions Flash. Per fer-ho, s’ha utilitzat la plataforma de codi lliure Ariware ARPv2.02 que proposa un marc de desenvolupament d’aplicacions Flash orientades a objectes amb el codi (classes ActionScript 2.0) separats del movieclip. Per al processament de dades s’ha fet servir Perl per ser altament utilitzat en Bioinformàtica i per velocitat de càlcul. Les dades generades es guarden en una Base de Dades en MYSQL (de lliure distribució), de la que s’extreuen les dades per generar fitxers XML, fent servir tant PHP com la plataforma AMFPHP com a enllaç entre Flash i la resta de parts.