Régulation du transcriptome codant et non-codant chez Schizosaccharomyces pombe: facteurs et mécanismes impliqués dans la maturation 3’ des ARNs et la terminaison de la transcription

La synthèse d’un ARNm eucaryotique dépend d’une suite d’étapes qui inclut notamment l’ajout d’une queue poly(A) à son extrémité 3’. Au noyau, la queue poly(A) des ARNms est liée par PABPN1 (poly(A)-binding protein nuclear 1). PABPN1 fut notamment caractérisée, d’après des études in vitro, pour stimuler la réaction de polyadénylation en plus de contrôler la taille ultime des queues poly(A). Cela dit, la ou les fonction(s) biologique(s) de PABPN1 est/sont cependant largement méconnue(s). Chez Schizosaccharomyces pombe (S. pombe), Pab2 est l’orthologue présumé de PABPN1. Or, mes travaux indiquent que Pab2 est fonctionnellement différente de PABPN1 à l’égard de son rôle sur le processus général de polyadénylation. Ainsi, in vivo, l’absence de Pab2 entraîne l’expression et l’accumulation d’un groupe limité d’ARNs hyperadénylés parmi lesquels se trouvent de nombreux petits ARNs nucléolaires non-codants (snoRNAs) lesquels constituent normalement un groupe abondant d’ARN poly(A)-. Mes résultats supportent ainsi un mécanisme par lequel des snoRNAs immatures poly(A)+, sont convertis en une forme mature poly(A)- par le biais de Pab2 et de l’activité 3’-->5’ exoribonucléase de l’exosome à ARN. Ces observations sont inusitées dans la mesure où elles associent une fonction pour une PABP dans la maturation d'ARNs non-codants, contrairement à la notion que les PABPs travaillent exclusivement au niveau des ARNms, en plus de procurer une nouvelle perspective face au mécanisme de recrutement de l'exosome à ARN à des substrats poly(A)+. La formation de l’extrémité 3’ d’un ARN est un processus étroitement lié à la terminaison de sa transcription. Pour les gènes codants, la terminaison transcriptionnelle est initiée par le clivage endonucléolytique du pré-ARNm. Ce clivage génère une extrémité d’ARN 5’ libre laquelle sera ciblée par une exoribonucléase 5'-->3’ afin de mener à bien l’éviction de l’ARNPII de la matrice d’ADN (terminaison transcriptionnelle de type torpedo). Au contraire, chez Saccharomyces cerevisiae (S. cerevisiae), la majorité des gènes non-codants, incluant les snoRNAs, dépendent plutôt du complexe NNS (Nrd1/Nab3/Sen1) pour la terminaison de leur transcription. Cela dit, il est incertain si le complexe NNS est conservé chez d’autres espèces. À cet égard, mes travaux indiquent que S. pombe est dépourvu d’un mécanisme de terminaison de la transcription de type NNS. Seb1, l’orthologue présumé de Nrd1 chez S. pombe, s’associe plutôt à la machinerie de clivage et de polyadénylation et influence la sélection de site de polyadénylation à l’échelle du génome. Mes résultats supportent ainsi l’utilisation de la machinerie de maturation 3’ des ARNms comme principal vecteur de terminaison transcriptionnelle chez S. pombe et identifient Seb1 comme un facteur clé de ce processus. L’évènement transcriptionnel étant hautement complexe, des erreurs peuvent arriver de manière stochastique menant à l’accumulation d’ARNs aberrants potentiellement néfastes pour la cellule. Or, mes travaux ont mis en lumière un mécanisme de surveillance co-transcriptionnel des ARNs impliquant l’exosome à ARN et lié à la terminaison de la transcription. Pour ce faire, l’exosome à ARN promeut la terminaison transcriptionnelle via la dégradation d’une extrémité 3’ libre d’ARN devenue émergente suite au recul de l’ARNPII le long de la matrice d’ADN (phénomène de backtracking). Mes résultats supportent ainsi une terminaison de la transcription de type torpedo inversé (3'-->5’) réévaluant par la même occasion le concept voulant que la terminaison de la transcription s’effectue uniquement selon une orientation 5’-->3’. Somme toute, mes travaux de doctorat auront permis d’identifier et de caractériser plus en détail les facteurs et mécanismes impliqués dans la maturation 3’ et la terminaison de la transcription des gènes codants et non-codants chez l’organisme modèle S. pombe.

Identification of archaeal proteins that affect the exosome function in vitro

Background: The archaeal exosome is formed by a hexameric RNase PH ring and three RNA binding subunits and has been shown to bind and degrade RNA in vitro. Despite extensive studies on the eukaryotic exosome and on the proteins interacting with this complex, little information is yet available on the identification and function of archaeal exosome regulatory factors. Results: Here, we show that the proteins PaSBDS and PaNip7, which bind preferentially to poly-A and AU-rich RNAs, respectively, affect the Pyrococcus abyssi exosome activity in vitro. PaSBDS inhibits slightly degradation of a poly-rA substrate, while PaNip7 strongly inhibits the degradation of poly-A and poly-AU by the exosome. The exosome inhibition by PaNip7 appears to depend at least partially on its interaction with RNA, since mutants of PaNip7 that no longer bind RNA, inhibit the exosome less strongly. We also show that FITC-labeled PaNip7 associates with the exosome in the absence of substrate RNA. Conclusions: Given the high structural homology between the archaeal and eukaryotic proteins, the effect of archaeal Nip7 and SBDS on the exosome provides a model for an evolutionarily conserved exosome control mechanism.

The Essential Nucleolar Yeast Protein Nop8p Controls the Exosome Function during 60S Ribosomal Subunit Maturation

The yeast nucleolar protein Nop8p has previously been shown to interact with Nip7p and to be required for 60S ribosomal subunit formation. Although depletion of Nop8p in yeast cells leads to premature degradation of rRNAs, the biochemical mechanism responsible for this phenotype is still not known. In this work, we show that the Nop8p amino-terminal region mediates interaction with the 5.8S rRNA, while its carboxyl-terminal portion interacts with Nip7p and can partially complement the growth defect of the conditional mutant strain Dnop8/GAL:NOP8. Interestingly, Nop8p mediates association of Nip7p to pre-ribosomal particles. Nop8p also interacts with the exosome subunit Rrp6p and inhibits the complex activity in vitro, suggesting that the decrease in 60S ribosomal subunit levels detected upon depletion of Nop8p may result from degradation of pre-rRNAs by the exosome. These results strongly indicate that Nop8p may control the exosome function during pre-rRNA processing.

Desenvolvimento de um novo sistema portátil de detecção de sequências específicas de ADN/ARN a partir de nanossondas de ouro com integração de sensores ópticos baseados na tecnologia do silício nanocristalino

Dissertação apresentada para obtenção do Grau de Doutor em Nanotecnologias e Nanociências pela Universidade Nova de Lisboa, Faculdade de Ciências e Tecnologia.

Blocking tumor exosome release using nanovectorization systems

Exosomes are small membrane vesicles secreted by most cell types, either normal or malignant and are found in most body fluids such as saliva, plasma and breast milk. In the past decade, the interest in these vesicles has been growing more and more since it was found that besides their beneficial functions such as the removal of cellular debris and unnecessary proteins during cell maturation process, they can also interact with other cells and transfer information between them, thus helping diseases like cancer to progress. The present work intended to use gold nanoparticles as vehicles for gene silencing in an attempt to reduce the tumor-derived exosome secretion, regulated by Rab27a protein, and also aimed to compare the exosome secretion between two breast cell lines, MCF7 and MDA. Changes in RAB27A gene expression were measured by Real-time Quantitative PCR and it was revealed a decreased in RAB27A gene expression, as expected. Exosomes were isolated and purified by two different methods, ultracentrifugation and the commercial kit ExoQuick™ Solution, and further characterized using Western Blot analysis. ExoQuick™ Solution was proven to be the most efficient method for exosome isolation and it was revealed that MDA cells secrete more exosomes. Furthermore, the isolated MCF7-derived exosomes were placed together with a normal bronchial/tracheal epithelial cell line (BTEC) for an additional assay, which aimed to observe the uptake of exosomes by other cells and the exosomes’ capability of promoting cell-cell communication. This observation was made based on alterations in the expression levels of c-Myc and miR-21 genes and the fact that they both have an increased expression in BTEC cells incubated with tumor-derived exosomes when compared to control cells (without incubation with the exosomes) lead us to the conclusion that the exosome uptake and exchange of information between the exosomes and the normal cells did occurred.

ARN helicasas en dos procesos de desarrollo: variación antigénica y enquistamiento de giardia lamblia.

Además de su importancia médica y veterinaria al ser una de las mayores causas de enfermedad intestinal con origen en el consumo de agua, Giardia es un excelente modelo para estudiar la evolución de importantes procesos celulares, ya que es una de las células eucariotas más primitivas que se conocen. Giardia utiliza dos mecanismos de adaptación a los cambios ambientales que confronta durante su ciclo de vida, ya sea para sobrevivir dentro del intestino del huésped como es la variación de sus antígenos de superficie, o fuera del mismo como es la diferenciación a quiste o enquistamiento. El Objetivo General de nuestro proyecto de investigación es el de comprender los mecanismos de adaptación y diferenciación celular en Giardia lamblia y utilizar esos conocimientos para el desarrollo de metodologías que permitan evitar la enfermedad y/o la transmisión del parásito así como también para definir nuevas técnicas diagnósticas. Las ARN Helicasas están presentes en muchas Archaea, casi todas las Eubacterias y todos los organismos eucariotas, y son necesarias o están involucradas en muchos procesos diferentes del metabolismo del ARN. En células eucariotas se las ha asociado desde la transcripción hasta la degradación del ARN, incluyendo pre-ARNm splicing, exportación del ARNm, biogénesis del ribosoma, iniciación de la traducción y expresión génica en organelas. Resultados previos indican que el mecanismo por el cual Giardia regula la expresión de sus proteínas variables de superficie es a nivel post-transcripcional, utilizando un mecanismo similar a ARN de interferencia. La presencia de los complejos de doble hebra de ARN promueve la acción de ARN Helicasas y ARNasas III que cortan el dsRNA en fragmentos cortos de 21-23 nt. Sin dudas ésta es la primera evidencia de un mecanismo de este tipo que participa fisiológicamente en la regulación génica diferencial. Por otro lado, se ha descripto la interacción de helicasas con deacetilasas de histonas (HDAC), las cuales según estudios realizados en nuestro laboratorio estarían involucradas en la regulación epigenética de la variación antigénica y el enquistamiento. Se busca por lo tanto comprender la participación de ARN Helicasas en ambos procesos de adaptación del parásito, evaluando el grado e importancia de las mismas. En particular se focalizará en la localización subcelular, la interacción con otros componentes de la maquinaria regulatoria y determinación de los dominios involucrados, como también la relación entre sus niveles de expresión y los diferentes fenotipos asociados a estos procesos de adaptación del parásito.

Bioinformàtica de ARNs: simulacions d'evolució de viroids i xarxes de molècules de ARN

L'objectiu pràctic principal d'aquest projecte va consistir en la construcció d'un codi informàtic destinat a efectuar simulacions de poblacions de molècules de ARN que es repliquen i evolucionen en el temps. Encara que el projecte es va dirigir cap a la investigació de la interacció entre els viroids i els mecanismes de defensa de la planta, els resultats finals del treball efectuat ens van conduir a conclusions aplicables a l'escala del genoma sencer i no només als viroids o ARNs. En aquest estudi es van analitzar, en l’àmbit de la genètica de poblacions, les conseqüències de la selecció natural endarrerida. Estudis clàssics de la evolució en aquest àmbit han considerat que un individu genera fills en proporció amb la seva superioritat reproductiva (o fitness), un procés en que es poden produir mutacions. L'adquisició de mutacions que produeixen en el individu una fitness molt baixa (mutacions deletèries) impliquen l'impossibilitat de reproducció. En la hipòtesi de selecció endarrerida, els individus que adquireixen mutacions deletèries encara es poden reproduir amb normalitat unes quantes generacions. Durant aquest retard o "compte enrere", els danys transmesos als fills podrien ser reparats mitjançant ulteriors mutacions compensatòries. En l'absència d'aquest tipus de mutacions compensatòries, el fill esdevé estèril i per tant no es podrà reproduir. En aquest treball s’ha estudiat les conseqüències genètiques al nivell poblacional d'aquest retard mitjançant simulacions numèriques i modelitzacions teòriques. Els resultats mostren que la selecció amb retard abaixa el llindar d'error (error threshold), posant en perill la supervivència de la població. De l'altra banda, sorprenentment, aquest retard no deixa cap traça al nivell de la diversitat de les seqüències genòmiques en la població. Aquestes conclusions suggereixen que la selecció endarrerida és difícilment detectada en les dades genètiques i per tant, podria ser un fenomen comú però rarament detectat.

Descripción del ARN de transferencia mitocondrial para Serina (UCN) de Lutzomyia columbiana (Diptera, Psychodidae)

Lutzomyia columbiana es un flebotomíneo considerado como vector sospechoso de Leishmania mexicana y Leishmania braziliensis en Colombia. Este insecto pertenece al grupo verrucarum, que incluye algunos taxones isomórficos, lo que ha estimulado la búsqueda de marcadores moleculares que permitan, además de diferenciar las especies, estudiar sus relaciones de parentesco. En este artículo se describe por primera vez la estructura putativa del ARN de transferencia mitocondrial para serina que reconoce el codón UCN (ARNtSer) de Lu. columbiana. El ADN genómico fue extraído, amplificado y secuenciado a partir de seis especímenes colectados con cebo humano. La estructura secundaria del ARNtSer fue inferida con el programa tRNAscan-SE 1.21. El gen ARNts consistió de 67 pares de bases (pb), encontrándose un solo haplotipo en los seis individuos secuenciados. El ARNtSer de Lu. columbiana mostró 7 apareamientos intracatenarios en el brazo aceptor del aminoácido, 3 en el brazo dihidrouridina (DHU), 5 en el brazo del anticodón y 5 en el brazo ribotimidina-pseudouridina-citosina (TøC). El tamaño de las lupas correspondió a 5 nucleótidos en la DHU, 7 en la anticodón, 4 en la variable y 7 en la TøC. Lu. columbiana se distingue del resto de especies de Lutzomyia y Phlebotomus secuenciadas a la fecha por la presencia de una guanina en la posición nucleotídica 64, que produce un apareamiento no canónico tipo uracilo-guanina en el brazo aceptor. Se necesitan más estudios para confirmar la utilidad del ARNtSer como marcador molecular para la discriminación de especies de flebotomíneos.

Ultrastructural evidence of exosome secretion by progenitor cells in adult mouse myocardium and adult human cardiospheres.

The demonstration of beneficial effects of cell therapy despite the persistence of only few transplanted cells in vivo suggests secreted factors may be the active component of this treatment. This so-called paracrine hypothesis is supported by observations that culture media conditioned by progenitor cells contain growth factors that mediate proangiogenic and cytoprotective effects. Cardiac progenitor cells in semi-suspension culture form spherical clusters (cardiospheres) that deliver paracrine signals to neighboring cells. A key component of paracrine secretion is exosomes, membrane vesicles that are stored intracellularly in endosomal compartments and are secreted when these structures fuse with the cell plasma membrane. Exosomes have been identified as the active component of proangiogenic effects of bone marrow CD34(+) stem cells in mice and the regenerative effects of embryonic mesenchymal stem cells in infarcted hearts in pigs and mice. Here, we provide electron microscopic evidence of exosome secretion by progenitor cells in mouse myocardium and human cardiospheres. Exosomes are emerging as an attractive vector of paracrine signals delivered by progenitor cells. They can be stored as an "off-the-shelf" product. As such, exosomes have the potential for circumventing many of the limitations of viable cells for therapeutic applications in regenerative medicine.

Identidad colectiva y lengua en contextos pluriculturales y plurilingües: el caso del Valle de Arán (Lleida, España)

La comarca del Valle de Arán (Cataluña) presenta unas peculiaridades lingüísticas y sociodemográficas que la convierten en un escenario ideal para el estudio del proceso de construcción de la identidad colectiva y su relación con la lengua. En este artículo presentamos un análisis de la construcción de la identidad colectiva en este territorio y el papel de la lengua en este proceso. Partiendo de una concepción basada en que la importancia de la lengua propia en el proceso de construcción de la identidad colectiva no es un fenómeno categórico y universal, más bien obedece a una construcción social que convierte la lengua en expresión y vehículo de la pertenencia al colectivo, se demuestra que efectivamente la lengua aranesa desempeña un importante papel tanto en la formación como en la configuración de la identidad, pero el significado que se le otorga entre los residentes en la comarca difiere en gran medida, en función principalmente de que los sujetos se identifiquen o no con el universo aranés.

Uso de imágenes satélite Landsat para la detección de rodales de Pinus nigra Arn. y Pinus sylvestris L. afectados por escolítidos

El uso de imágenes procedentes de sensores multiespectrales de resolución media como es el caso de Landsat TM ha sido ampliamente utilizado desde décadas para detectar, entre otras variables, el decaimiento y la defoliación provocada por plagas y enfermedades forestales. El presente trabajo evalúa la utilidad del uso de estas imágenes en la detección de rodales de pino laricio (Pinus nigra Arn.) y pino silvestre (Pinus sylvestris L.) afectados por escolítidos. El área de estudio se localizó en el Solsonés (prepirineo de Lleida) seleccionando 34 áreas de entrenamiento (17 rodales afectados por la plaga y 17 rodales sanos). El análisis exploratorio de las imágenes se realizó mediante el programa ERDAS® IMAGINE 8.x. Los resultados del estudio mostraron una significación espectral en 5 de las 7 bandas analizadas, siendo TM5 y TM7 las que mejor comportamiento presentaron. Los niveles digitales obtenidos y los espacios de características creados señalaron sendas tendencias al agrupamiento de rodales afectados versus sanos, consiguiéndose plantear mejoras en el procedimiento metodológico.

Caracterización de rodales irregulares de Abies alba Mill. capitalizados en existencias del Valle de Arán (Pirineos, España) y de las cortas de entresaca practicadas

Se describe, en una zona de la vertiente norte de los Pirineos españoles, la estructura dasocrática de rodales irregulares de abeto excesivamente capitalizados en existencias volumétricas, así como la naturaleza de las intervenciones de entresaca que se les aplican al objeto de contrarrestar la tendencia hacia una indeseable uniformidad de la masa. La situación inicial revela una elevada espesura, con importantes excedentes de individuos pertenecientes a las clases diamétricas de madera gruesa, y que conduce a formas selvícolas tipológicas en avanzado proceso de regularización. Empero, la estabilidad mecánica de los pies se manifiesta alejada de sus umbrales críticos en todos los estratos, y la capacidad de regeneración del sistema resulta aceptable. El tratamiento de entresaca realizado, cuya severidad se centró fundamentalmente sobre los pies de diámetro superior a 30 cm, mantiene todavía una situación de espesura excesiva que impide la adscripción de los rodales a estructuras equilibradas, pero ha permitido la liberación de la competencia vertical de los pies en edad de latizal.

Evolución del crecimiento radial en un rodal adulto de Pinus nigra Arn. de la provincia de Lleida

Se ha estudiado un rodal adulto (edad media = 139 años) de Pinus nigra ssp. salzmannii var. pyrenaica en el W de la comarca del Solsonès (Lérida). Se han medido y extraído testigos de madera de 97 árboles adultos, a partir de los cuales se han medido e interdatado 13.340 anillos anuales, construyendo una cronología de crecimientos que abarca desde 1818 a 1996. Se han analizado las relaciones entre diversos parámetros dendrométricos medidos y los crecimientos observados, encontrándose en general muy bajas correlaciones. Se han construido tres series medias de crecimiento (cronología media, estandarizada, y en función de la edad) a partir de las cuales se ha analizado la evolución del rodal. Se ha observado un prolongado período de ralentización y estancamiento del crecimiento que se mantiene cerca de ochenta años, seguido de una fuerte corta a la que la masa reacciona con un notable incremento del crecimiento radial en un momento en que la edad media era ya de 101 años.

Le coeur des ARN non codants - Un long chemin à découvrir [In the heart of noncoding RNA: a long way to go].

The identification and characterization of long noncoding RNA in a variety of tissues represent major achievements that contribute to our understanding of the molecular mechanisms controlling gene expression. In particular, long noncoding RNA play crucial roles in the epigenetic regulation of the adaptive response to environmental cues via their capacity to target chromatin modifiers to specific locus. In addition, these transcripts have been implicated in controlling splicing, translation and degradation of messenger RNA. Long noncoding RNA have also been shown to act as decoy molecules for microRNA. In the heart, a few long noncoding RNA have been demonstrated to regulate cardiac commitment and differentiation during development. Furthermore, recent findings suggest their involvement as regulators of the pathophysiological response to injury in the adult heart. Their high cellular specificity makes them attractive target molecules for innovative therapies and ideal biomarkers.