Síntesi de siRNAs (short interfering RNAs) modificats amb nucleobases 5-metil i 5-propinil pirimidíniques i avaluació de la seva activitat in vitro en cultius cel•lulars i de la seva estabilitat en sèrum humà. Disseny de siRNAs dirigits a la inhibició de l'expressió de mutacions de l'oncogen K-ras.

Projecte de recerca elaborat a partir d’una estada a la Stanford University, EEUU, entre 2007 i 2009. El present projecte es basa 1) en la síntesi de cadenes d'ARN dirigides a la inhibició de l'expressió gènica per un mecanisme d'ARN d'interferència (siRNAs o short interefering RNAs) i 2) en l'avaluació de l'activitat in vitro d'aquests oligonucleòtids en cultius cel•lulars. Concretament, la meva recerca ha estat enfocada principalment a l'estudi de cadenes de siRNA modificades amb nucleobases 5-metil i 5-propinil pirimidíniques. Es tractava d'avaluar l'efecte que exerceixen els factors estèrics en el major groove (solc major) dels siRNAs sobre la seva activitat biològica. En aquest sentit, he dut aterme síntesi de fosforamidits de nucleòsis pirimidínics modificats a la posició C-5 de la nucleobase. A continuació he incorporat aquestes unitats nucleosídiques en cadenes d'ARN emprant un sintetitzador d’ADN/ARN i he estudiat l'estabilitat dels corresponents dúplexs d'ARN mitjançant experiments de desnaturalització tèrmica. Finalment he dut a terme experiments d'inhibició de l'expressió gènica en cèl.lules HeLa per tal d'avaluar l'activitat biològia d'aquests siRNAs modificats. Els resultats d'aquests estudis han posat de manifest que la presència de grups voluminosos com el propinil a l'extrem 5' del dúplex de siRNA (definit per la cadena guia o antisense) influeix de forma molt negativa en la seva activitat biològica. En canvi, grups menys voluminosos com el metil hi influeixen positivament, de manera que algunes de les cadenes sintetitzades han resultat ser més actives que els corresponents siRNAs naturals (wild type siRNAs). A més, aquest tipus de modificació contribueix positivament en l'estabilitat de cadenes de siRNA en sèrum humà. Aquest treball ha estat publicat (Terrazas, M.; Kool, E.T. "Major Groove Modifications Improve siRNA Stability and Biological Activity" Nucleic Acids Res. 2009, in press).

Structured RNAs in the ENCODE selected regions of the human genome

Functional RNA structures play an important role both in the context of noncoding RNA transcripts as well as regulatory elements in mRNAs. Here we present a computational study to detect functional RNA structures within the ENCODE regions of the human genome. Since structural RNAs in general lack characteristic signals in primary sequence, comparative approaches evaluating evolutionary conservation of structures are most promising. We have used three recently introduced programs based on either phylogenetic–stochastic context-free grammar (EvoFold) or energy directed folding (RNAz and AlifoldZ), yielding several thousand candidate structures (corresponding to ∼2.7% of the ENCODE regions). EvoFold has its highest sensitivity in highly conserved and relatively AU-rich regions, while RNAz favors slightly GC-rich regions, resulting in a relatively small overlap between methods. Comparison with the GENCODE annotation points to functional RNAs in all genomic contexts, with a slightly increased density in 3′-UTRs. While we estimate a significant false discovery rate of ∼50%–70% many of the predictions can be further substantiated by additional criteria: 248 loci are predicted by both RNAz and EvoFold, and an additional 239 RNAz or EvoFold predictions are supported by the (more stringent) AlifoldZ algorithm. Five hundred seventy RNAz structure predictions fall into regions that show signs of selection pressure also on the sequence level (i.e., conserved elements). More than 700 predictions overlap with noncoding transcripts detected by oligonucleotide tiling arrays. One hundred seventy-five selected candidates were tested by RT-PCR in six tissues, and expression could be verified in 43 cases (24.6%).

A pathogenic mechanism in Huntington"s disease involves small CAG-repeated RNAs with neurotoxic activity

Huntington's disease (HD) is an autosomal dominantly inherited disorder caused by the expansion of CAG repeats in the Huntingtin (HTT) gene. The abnormally extended polyglutamine in the HTT protein encoded by the CAG repeats has toxic effects. Here, we provide evidence to support that the mutant HTT CAG repeats interfere with cell viability at the RNA level. In human neuronal cells, expanded HTT exon-1 mRNA with CAG repeat lengths above the threshold for complete penetrance (40 or greater) induced cell death and increased levels of small CAG-repeated RNAs (sCAGs), of ≈21 nucleotides in a Dicer-dependent manner. The severity of the toxic effect of HTT mRNA and sCAG generation correlated with CAG expansion length. Small RNAs obtained from cells expressing mutant HTT and from HD human brains significantly decreased neuronal viability, in an Ago2-dependent mechanism. In both cases, the use of anti-miRs specific for sCAGs efficiently blocked the toxic effect, supporting a key role of sCAGs in HTT-mediated toxicity. Luciferase-reporter assays showed that expanded HTT silences the expression of CTG-containing genes that are down-regulated in HD. These results suggest a possible link between HD and sCAG expression with an aberrant activation of the siRNA/miRNA gene silencing machinery, which may trigger a detrimental response. The identification of the specific cellular processes affected by sCAGs may provide insights into the pathogenic mechanisms underlying HD, offering opportunities to develop new therapeutic approaches

Networking of differentially expressed genes in human cancer cells resistant to methotrexate

BACKGROUND: The need for an integrated view of data obtained from high-throughput technologies gave rise to network analyses. These are especially useful to rationalize how external perturbations propagate through the expression of genes. To address this issue in the case of drug resistance, we constructed biological association networks of genes differentially expressed in cell lines resistant to methotrexate (MTX). METHODS: Seven cell lines representative of different types of cancer, including colon cancer (HT29 and Caco2), breast cancer (MCF-7 and MDA-MB-468), pancreatic cancer (MIA PaCa-2), erythroblastic leukemia (K562) and osteosarcoma (Saos-2), were used. The differential expression pattern between sensitive and MTX-resistant cells was determined by whole human genome microarrays and analyzed with the GeneSpring GX software package. Genes deregulated in common between the different cancer cell lines served to generate biological association networks using the Pathway Architect software. RESULTS: Dikkopf homolog-1 (DKK1) is a highly interconnected node in the network generated with genes in common between the two colon cancer cell lines, and functional validations of this target using small interfering RNAs (siRNAs) showed a chemosensitization toward MTX. Members of the UDP-glucuronosyltransferase 1A (UGT1A) family formed a network of genes differentially expressed in the two breast cancer cell lines. siRNA treatment against UGT1A also showed an increase in MTX sensitivity. Eukaryotic translation elongation factor 1 alpha 1 (EEF1A1) was overexpressed among the pancreatic cancer, leukemia and osteosarcoma cell lines, and siRNA treatment against EEF1A1 produced a chemosensitization toward MTX. CONCLUSIONS: Biological association networks identified DKK1, UGT1As and EEF1A1 as important gene nodes in MTX-resistance. Treatments using siRNA technology against these three genes showed chemosensitization toward MTX.

Networking of differentially expressed genes in human cancer cells resistant to methotrexate

BACKGROUND: The need for an integrated view of data obtained from high-throughput technologies gave rise to network analyses. These are especially useful to rationalize how external perturbations propagate through the expression of genes. To address this issue in the case of drug resistance, we constructed biological association networks of genes differentially expressed in cell lines resistant to methotrexate (MTX). METHODS: Seven cell lines representative of different types of cancer, including colon cancer (HT29 and Caco2), breast cancer (MCF-7 and MDA-MB-468), pancreatic cancer (MIA PaCa-2), erythroblastic leukemia (K562) and osteosarcoma (Saos-2), were used. The differential expression pattern between sensitive and MTX-resistant cells was determined by whole human genome microarrays and analyzed with the GeneSpring GX software package. Genes deregulated in common between the different cancer cell lines served to generate biological association networks using the Pathway Architect software. RESULTS: Dikkopf homolog-1 (DKK1) is a highly interconnected node in the network generated with genes in common between the two colon cancer cell lines, and functional validations of this target using small interfering RNAs (siRNAs) showed a chemosensitization toward MTX. Members of the UDP-glucuronosyltransferase 1A (UGT1A) family formed a network of genes differentially expressed in the two breast cancer cell lines. siRNA treatment against UGT1A also showed an increase in MTX sensitivity. Eukaryotic translation elongation factor 1 alpha 1 (EEF1A1) was overexpressed among the pancreatic cancer, leukemia and osteosarcoma cell lines, and siRNA treatment against EEF1A1 produced a chemosensitization toward MTX. CONCLUSIONS: Biological association networks identified DKK1, UGT1As and EEF1A1 as important gene nodes in MTX-resistance. Treatments using siRNA technology against these three genes showed chemosensitization toward MTX.

Can eukaryotic cells monitor the presence of unreplicated DNA?

Completion of DNA replication before mitosis is essential for genome stability and cell viability. Cellular controls called checkpoints act as surveillance mechanisms capable of detecting errors and blocking cell cycle progression to allow time for those errors to be corrected. An important question in the cell cycle field is whether eukaryotic cells possess mechanisms that monitor ongoing DNA replication and make sure that all chromosomes are fully replicated before entering mitosis, that is whether a replication-completion checkpoint exists. From recent studies with smc5–smc6 mutants it appears that yeast cells can enter anaphase without noticing that replication in the ribosomal DNA array was unfinished. smc5–smc6 mutants are proficient in all known cellular checkpoints, namely the S phase checkpoint, DNA-damage checkpoint, and spindle checkpoint, thus suggesting that none of these checkpoints can monitor the presence of unreplicated segments or the unhindered progression of forks in rDNA. Therefore, these results strongly suggest that normal yeast cells do not contain a DNA replication-completion checkpoint.

Anàlisi genètica i molecular de les malalties Niemann-Pick tipus A/B i tipus C. Estratègies terapèutiques.

Aquest treball es basa en l’estudi de dues malalties lisosòmiques: la malaltia de Niemann-Pick A/B (NPAB) i la malaltia de Niemann-Pick tipus C (NPC). En relació a la malaltia de NPAB, s’ha realitzat l’expressió in vitro d’algunes de les mutacions de canvi d’aminoàcid trobades en pacients espanyols per tal de detectar les activitats enzimàtiques residuals. Totes les mutacions presenten una activitat molt baixa, gairebé nul•la, excepte la p.L225P i la R608del que tenen un 11% i 20% d’activitat respectivament. Els resultats obtinguts són coherents amb la severitat del fenotip que presenten els pacients. D’altra banda, s’ha caracteritzat un al•lel amb una mutació que afecta a una posició poc conservada d’un donador de splicing i que produeix la generació de trànscrits aberrants corresponents a trànscrits minoritaris de SMPD1, prèviament descrits, que no codifiquen per proteïna funcional. Respecte a malaltia de NPC, s’ha realitzat una anàlisi molecular de pacients espanyols prèviament estudiats identificant, en la majoria dels casos, la segona mutació responsable de la patologia. S’ha descrit per primer cop per aquesta malaltia una gran deleció que inclou el gen NPC1 i altres gens flanquejants i s’ha estudiat l’efecte que tenen les mutacions de splicing trobades a nivell de RNA. Per una d’aquestes mutacions, c.1554-1009G&A, s’ha assajat amb èxit una estratègia terapèutica basada en la utilització d’oligonuclèotids antisentit. D’altra banda, s’està desenvolupant un model cel•lular neuronal de la malaltia de Niemann-Pick tipus C, basat en la utilització de RNAs d’interferència, sobre el qual es podran assajar possibles estratègies terapèutiques en un futur.

Desenvolupament d'eines d'alta ressolució per al cribatge (screening) de l'activitat de fàrmacs

Projecte de recerca elaborat a partir d’una estada a la Satandford University, EEUU, entre 2007 i 2009. Els darrers anys, hi ha hagut un avanç espectacular en la tecnologia aplicada a l’anàlisi del genoma i del proteoma (microarrays, PCR quantitativa real time, electroforesis dos dimensions, espectroscòpia de masses, etc.) permetent la resolució de mostres complexes i la detecció quantitativa de diferents gens i proteïnes en un sol experiment. A més a més, la seva importància radica en la capacitat d’identificar potencials dianes terapèutiques i possibles fàrmacs, així com la seva aplicació en el disseny i desenvolupament de noves eines de diagnòstic. L’aplicabilitat de les tècniques actuals, però, està limitada al nivell al que el teixit pot ser disseccionat. Si bé donen valuosa informació sobre expressió de gens i proteïnes implicades en una malaltia o en resposta a un fàrmac per exemple, en cap cas, s’obté una informació in situ ni es pot obtenir informació espacial o una resolució temporal, així com tampoc s’obté informació de sistemes in vivo. L’objectiu d’aquest projecte és desenvolupar i validar un nou microscopi, d’alta resolució, ultrasensible i de fàcil ús, que permeti tant la detecció de metabòlits, gens o proteïnes a la cèl•lula viva en temps real com l’estudi de la seva funció. Obtenint així una descripció detallada de les interaccions entre proteïnes/gens que es donen dins la cèl•lula. Aquest microscopi serà un instrument sensible, selectiu, ràpid, robust, automatitzat i de cost moderat que realitzarà processos de cribatge d’alt rendiment (High throughput screening) genètics, mèdics, químics i farmacèutics (per aplicacions diagnòstiques i de identificació i selecció de compostos actius) de manera més eficient. Per poder realitzar aquest objectius el microscopi farà ús de les més noves tecnologies: 1)la microscopia òptica i d’imatge, per millorar la visualització espaial i la sensibilitat de l’imatge; 2) la utilització de nous mètodes de detecció incloent els més moderns avanços en nanopartícules; 3) la creació de mètodes informàtics per adquirir, emmagatzemar i processar les imatges obtingudes.

Estudis estructurals dels canvis conformacionals de les E3 ubiquitin lligases per RMN

L'estudi a nivell molecular de la ruta de senyalització activada per TGF-B té un impacte notable en el panorama actual donada la seva implicació en processos autoimmunitaris i carcinogènics. D'altra banda, l'elucidació a nivell estructural dels mecanismes moleculars que permeten a les ubiquitin lligases de tipus E3 marcar específicament llurs dianes per a la degradació proteosòmica - entre d'altres - resulta fonamental donada la seva importància pel que fa al control sobre el turnover proteic a nivell intracel•lular. En aquest projecte es pretén elucidar els mecanismes d'activació i catlàlisi de les ubiquitin lligases E3 tipus HECT Smurf1 i Nedd4L al mateix temps que se n'estudia la implicació en la regulació dels agents missatgers de la ruta del TGF-B. Així, la tasca es divideix en tres sub-projectes els quals se centren en a) l'estudi de la interacció d'aquestes lligases amb llurs dianes; b) l'elucidació del mecanisme d'activació i c) del de catàlisi d'aquests enzims. Per tal d'assolir aquests objectius ens servim principalment dels avantatges que ens aporta la Ressonància Magnètica Nuclear i altres tècniques biofísiques, principalment la ITC. Durant el temps que he gaudit de la beca FI, m'he centrat principalment en la preparació de pèptids per SPPS, llur purificació per HPLC i caracterització per MS i RMN. Aquests pèptids representen diferents patrons de fosforilació de certes dianes de les lligases esmentades, de manera que han estat emprats per a l'estudi d'interaccions proteïna-proteïna per ITC i RMN. M'he iniciat doncs en l'ús d'aquestes tècniques. D'altra banda, també he preparat mostres protèiques mitjançant l'ús de sistemes d'expressió bacterians basats en E.coli, incloent l'amplificació i clonació del gen que codifica per la proteïna d'interés així com la seva expressió, purificació i caracterització per MS i RMN.

Bioinformàtica : comparació de genomes d'eucariota

La cerca de similituds als codis genètics de dos espècies, ens permet obtenir molta informació de la evolució dels seus genomes. Aquesta informació afavoreix el descobriment de gens que es conserven amb la mateixa funcionalitat a diferents espècies. També té importants aplicacions mèdiques i ens permet entendre els processos evolutius que han portat a la diversitat d'espècies de l'actualitat. El present treball té l'objectiu d'automatitzar una sèrie de processos d'un servidor d'aplicacions web: http://platypus.uab.cat, que realitzin de forma òptima i eficient, la comparació dels genomes eucariotes, tots amb tots, conforme aquests genomes siguin seqüenciats. Així aquestes comparacions entre genomes de organismes superiors podran ser consultades via web.

JBother per a LaColla

La tasca realitzada consisteix en la implementació d'una aplicació de missategria instantània (IM) a l'estil d'altres aplicacions tipus jabber o Messenger. A diferència d'aquestes però, l'aplicació serà totalment descentralitzada i ha d'utilitzar LaCOLLA.

Sistema de missatgeria instantània punt a punt mitjançant xifrat per intercanvi de clau de sessió

L'objectiu del projecte es crear una aplicació de missatgeria instantània punt a punt de l'estil de ICQ o MSN Messenger amb la particularietat que la informació viatgi xifrada. D'aquesta manera els participants a la comunicació generaran automàticament una clan de cessió amb la que es xifraran els missatges que intercanvien.

Xat Segur

Es tracta de projectar un sistema de xat o de missatgeria instantània (tipus Messenger o ICQ, però punt a punt en comptes de centralitzat en un servidor), en què la informació vagi xifrada.