Tο γονίδιο COUP-TF κωδικοποιεί έναν ορφανό υποδοχέα ο οποίος δρα ως μεταγραφικός παράγοντας και ανήκει στην υπεροικογένεια των υποδοχέων των στεροειδών/ θυρεοειδών ορμονών. Στον αχινό το γονίδιο COUP-TF εκφράζεται στο στοματικό έξώδερμα στο αναπτυξιακό στάδιο του γαστριδίου και στη βλεφαριδωτή ζώνη στο στάδιο του πλουτέα. Aργότερα κατά την ανάπτυξη της νύμφης εκφράζεται αποκλειστικά στα νευρικά κύτταρα και στον ενήλικα αχινό στις ωοθήκες, σε μυικά κύτταρα και άλλους ιστούς (Chan et.al. 1992). Στόχος των συγκεκριμένων πειραμάτων είναι η μελέτη της ρύθμισης του γονιδίου COUPTF στα αναπτυξιακά στάδια του γαστριδίου και του πλουτέα. Συγκεκριμένα, πραγματοποιήθηκε μια λεπτομερής ανάλυση της ανοδικής περιοχής του γονιδίου COUP-TF με σκοπό να καθοριστούν τα ιστοειδικά και χρονοειδικά στοιχεία που επηρεάζουν τη ρύθμιση. Προς το σκοπό αυτό αναγνωρίστηκε το σημείο έναρξης της μεταγραφής του γονιδίου. Kατόπιν, απομονώθηκε ανοδική περιοχή μεγέθους 2kb περίπου, από το +14 έως το -1930. Tο τμήμα αυτό κλωνοποιήθηκε σε φορέα που φέρει το γονίδιο αναφοράς GFP, καθώς και το βασικό υποκινητή του γονιδίου Endo16. Από το αρχικό αυτό κατασκεύασμα, δημιουργήθηκαν διαδοχικά ανοδικά ελλείμματα της περιοχής αυτής με τη μέθοδο της PCR. Eπιπλέον απομονώθηκαν επιμέρους μικρά ανοδικά τμήματα που δεν περιείχαν το βασικό υποκινητή του COUP-TF και κλωνοποιήθηκαν και αυτά στον ίδιο φορέα. Όλα τα κατασκευάσματα ενέθηκαν σε γονιμοποιημένα αυγά αχινού και μελετήθηκε το πρότυπο έκφρασης της πρωτεΐνης GFP στα στάδια του γαστριδίου και του πλουτέα. Tα αποτελέσματα έδειξαν ότι οι πρώτες 1079 βάσεις ανοδικά του +1 φέρουν τα απαραίτητα ρυθμιστικά στοιχεία για την έκφραση του COUP-TF στο στοματικό εξώδερμα και στο μεσέγχυμα. Eπιπλέον, η περιοχή από -232 έως -532 περιέχει έναν ενισχυτή της έκφρασης του COUP-TF στο στοματικό εξώδερμα ενώ το τμήμα από -1398 έως - 1639 έναν ενισχυτή της έκφρασης στο μεσέγχυμα. Ανοδικά του -1639 έως το -1930 περιέχεται ένας ισχυρός καταστολέας για την έκφραση του COUP-TF στο στοματικό εξώδερμα. Tα αποτελέσματα των ενέσεων με τα μικρά ανοδικά τμήματα επιβεβαιώνουν τα αποτελέσματα με τα διαδοχικά ανοδικά ελλείμματα και αναδεικνύουν ότι τα ρυθμιστικά στοιχεία που είναι απαραίτητα για την έκφραση του γονιδίου στο στοματικό εξώδερμα βρίσκονται στο τμήμα μεταξύ -232 και -1079. Η μελέτη ολόκληρης της ανοδικής περιοχής (έως -1930) δεν αναγνώρισε κάποιο τμήμα το οποίο να καταστέλλει την εκτοπική έκφραση του γονιδίου αναφοράς στα 7 μεσεγχυματικά κύτταρα. Η πραγματοποίηση κατασκευασμάτων που περιείχαν εκτός της ανοδικής περιοχής και την 5΄μη μεταφραζόμενη περιοχή οδήγησαν σε καταστολή της έκφρασης της GFP σε όλες τις κυτταρικές γραμμές. Η ανεύρεση στην 5’ μη μεταφραζόμενη περιοχή ενός στοιχείου απόκρισης για τον COUP-TF μας οδηγεί στην υπόθεση της πιθανής αυτορρύθμισης και συγκεκριμένα της αυτοκαταστολής του COUP-TF. / -

Oι COUP-TFs (Chicken Ovalvumin Upstream Promoter – Transcription Factors) είναι ορφανοί πυρηνικοί υποδοχείς που ανήκουν στην υπεροικογένεια των υποδοχέων στεροειδών/θυρεοειδών ορμονών. Εμφανίζουν μεγάλη ομολογία σε όλα τα μετάζωα και εκφράζονται κατά προτίμηση στο νευρικό σύστημα. Εκτός της συντηρημένης αλληλουχίας τους, επίσης συντηρημένες είναι και οι θέσεις των εσoνίων στους διάφορους οργανισμούς ενώ, μέχρι πρόσφατα, δεν είχε παρατηρηθεί εναλλακτικό μάτισμα. Ωστόσο έχουμε δείξει ότι στα εχινόδερμα, υπάρχουν δύο μετάγραφα, αποτέλεσμα εναλλακτικού ματίσματος ενός μικρού εξονίου 63 bps. Τα δύο mRNAs παράγουν δύο πρωτεΐνες, η μεγαλύτερη εκ των οποίων περιέχει 21 επιπρόσθετα αμινοξέα στην κάρβοξυ-τελική επέκταση της περιοχής πρόσδεσης στο DNA (DBD). Πειράματα EMSA έδειξαν ότι η μικρή ισομορφή του COUP-TF, ως ομοδιμερές, προσδένεται με διαφoρετική συγγένεια σε όλα τα στοιχεία απόκρισης που εξετάστηκαν. Η μεγάλη ισομορφή εν αντιθέσει, δεν προσδένεται αποτελεσματικά σε κανένα από αυτά τα στοιχεία απόκρισης, ούτε ως ομοδιμερές ούτε ως ετεροδιμερές με τη μικρή ισομορφή. Επίσης, πειράματα ανοσοφθορισμού, έχουν δείξει ότι σε έμβρυα αχινού στο στάδιο των 16 κυττάρων, η μεγάλη πρωτεΐνη εντοπίζεται στο κυτταρόπλασμα, ενώ για τη μικρή πρωτεΐνη είναι γνωστή η παρουσία της στον πυρήνα. Ο σκοπός της εργασίας αυτής είναι η μελέτη του ρόλου της ένθεσης των 21 αμινοξέων στην μεγάλη ισομορφή, όσον αφορά στην κυτταρική διαμερισματοποίηση και στη συγγένεια πρόσδεσης στο DNA. Στην ένθεση αυτή υπάρχουν δύο προλίνες και τρείς θρεονίνες. Η προλίνη γενικότερα βρίσκεται σε σημεία όπου μία πρωτεΐνη κάμπτεται. Η υπόθεσή μας είναι ότι οι προλίνες αυτές παίζουν σημαντικό ρόλο στη στερεοδιαμόρφωση της πρωτεΐνης, που με τη σειρά της είναι υπεύθυνη για τις αλλαγές που παρατηρούνται στη μεγάλη ισομορφή, ως προς την συγγένεια πρόσδεσης στο DNA και την κυτταρική διαμερισματοποίηση, σε σχέση με την μικρή. Επίσης η θρεονίνη είναι ένα αμινοξύ που μπορεί να δεκτεί φωσφορυλίωση. Γεγονότα φωσφορυλίωσης και αποφοσφωρυλίωσης μπορεί να επηρεάζουν την ικανότητα πρόσδεσης και την κυτταρική διαμερισματοποίηση του υποδοχέα. 2 Για να ελεχθούν οι υποθέσεις αυτές, μεταλλάχθηκαν οι δύο προλίνες και οι τρεις θρεονίνες της μεγάλης ισομορφής σε αλανίνες, παράχθηκαν in vitro οι μεταλλαγμένες πρωτεΐνες και προσδιορίστηκε η συγγένεια πρόσδεσης τους στο DNA με πειράματα EMSA. Οι ίδιες μεταλλάξεις πραγματοποιήθηκαν και σε ένα κατασκεύασμα το οποίο κωδικοποιεί για τη χιμαιρική πρωτεΐνη που αποτελείται από τη μεγάλη ισομορφή και τη πράσινη φθορίζουσα πρωτεΐνη. Τα in vitro παραχθέντα RNAs ενέθηκαν σε έμβρυα αχινού ώστε να μελετηθεί η ενδοκυτταρική κατανομή της μεγάλης COUP-TF ισομορφής. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι οι δύο προλίνες δεν φαίνεται να παίζουν σημαντικό ρόλο όσον αφορά την πρόσδεση της μεγάλης COUP-TF ισομορφής ως ομοδιμερές. Εντούτοις οι δύο αυτές προλίνες φαίνεται να επηρεάζουν την πρόσδεση της μεγάλης ισομορφής COUP-TF ως ετεροδιμερές με τρόπο ώστε να την ενισχύει. / -

Ο μεταγραφικός παράγοντας COUP-TF είναι ένας ορφανός πυρηνικός υποδοχέας, ο οποίος είναι πολύ σημαντικός κατά την εμβρυική ανάπτυξη. Στην παρούσα εργασία επιχειρήθηκε η μελέτη του φυσιολογικού ρόλου του COUP-TFII των θηλαστικών κατά την αναγέννηση του σκελετικού μυός, χρησιμοποιώντας ως μοντέλο διαφοροποίησης τη μυοβλαστική σειρά ποντικού C2C12, που προέρχεται από ενήλικα βλαστικά κύτταρα του ίδιου μυός. Ο mCOUP-TFII εμπλέκεται στη ρύθμιση της ανάπτυξης του καρδιαγγειακού συστήματος, της μυογένεσης και άλλων αναπτυξιακών διαδικασιών. Έχει δειχθεί ότι αναστέλλει τη διαφοροποίηση των μυοβλαστών C2C12 σε μυοσωλήνες, κυρίως μέσω καταστολής της έκφρασης των μεταγραφικών παραγόντων μυογένεσης MyoD και Myogenin. Επίσης, η έκφρασή του στους μυοβλάστες C2C12 καταστέλλεται με την έναρξη της διαφοροποίησης. Αδημοσίευτα αποτελέσματα του εργαστηρίου μας, έχουν δείξει ότι μέσω εναλλακτικού ματίσματος στο mRNA του PlCOUP-TF του αχινού προκύπτουν δύο ισομορφές του υποδοχέα που διαφέρουν ως προς ένα εξώνιο 21 αμινοξέων στην DBD. H μικρή ισομορφή είναι λειτουργικός μεταγραφικός παράγοντας και δρα ως ομοδιμερές, ενώ η μεγάλη ισομορφή και τα ετεροδιμερή των δυο ισομορφών εμφανίζουν αδυναμία πρόσδεσης στο DNA. Με αυτόν τον τρόπο, η μεγάλη ισομορφή ρυθμίζει την ποσότητα του λειτουργικού μεταγραφικού παράγοντα, δρώντας ως επικρατής κατασταλτική πρωτεΐνη. Αρχικά, μελετήθηκαν οι ιδιότητες πρόσδεσης του mCOUP-TFII και η δυνατότητα σχηματισμού ετεροδιμερών με τη μεγάλη ισομορφή του PlCOUP-TF (L.I.) μέσω δοκιμής in vitro πρόσδεσης (EMSA), δεδομένης της ικανότητας ετεροδιμερισμού του hCOUP-TFI με την ομόλογη πρωτεΐνη του αχινού. Βρέθηκε ότι ο mCOUP-TFII δύναται να προσδεθεί στο στοιχείο απόκρισης C1R με τη μορφή ομοδιμερών και έχει ικανότητα ετεροδιμερισμού με τη PlCOUP-TF L.I. Τα ομοδιμερή του mCOUP-TFII εμφάνιζαν μειούμενη πρόσδεση στο DNA, όσο αυξανόταν ο λόγος PlCOUP-TF L.I./mCOUP-TFII. Ο απώτερος στόχος της έρευνας ήταν η μελέτη του ρόλου του mCOUP-TFII στη μυϊκή διαφοροποίηση, μέσω της υπερέκφρασης της επικρατούς κατασταλτικής PlCOUP-TF L.I. σε καλλιέργειες κυττάρων C2C12. Η αρχική μας υπόθεση ήταν ότι η PlCOUP-TF L.I. δύναται να δράσει ως επικρατής κατασταλτική ισομορφή του mCOUP-TFII, μέσω σχηματισμού μη λειτουργικού ετεροδιμερούς μαζί του. Σε αυτή την περίπτωση, θα αναμενόταν η PlCOUP-TF L.I. να καταστείλει τη δράση του ενδογενούς mCOUP-TFII των κυττάρων C2C12, με αποτέλεσμα την επαγωγή της διαφοροποίησης των μυοβλαστών. Αντιθέτως, η υπερέκφραση του mCOUP-TFII, θα αναμενόταν να συντελέσει στη διατήρηση της αδιαφοροποίητης κατάστασης των μυοβλαστών. Δεν παρατηρήθηκε διαφορά στις δράσεις των δυο COUP-TFs, ωστόσο, από τα πειράματα αυτά δεν μπορεί να εξαχθεί κάποιο ασφαλές συμπέρασμα αναφορικά με το ρόλο του mCOUP-TFII στη διαφοροποίηση των μυοβλαστών και τη δυνατότητα in vivo αλληλεπίδρασης μεταξύ των δυο υποδοχέων. / The transcription factor COUP-TF is an orphan nuclear receptor, which is very important during embryonic development. In the present dissertation, we attempted to study the physiological role of mammalian COUP-TFII during skeletal muscle regeneration, by use of the myoblast cell line C2C12, which originates from adult stem cells of skeletal muscle, as a model system of cell differentiation. mCOUP-TFII is involved in the regulation of cardiovascular system development, myogenesis and other developmental processes. It has been shown to inhibit the differentiation of C2C12 myoblasts to myotubes, mainly through suppression of the myogenic regulatory factors MyoD and Myogenin gene expression. Moreover, its expression in C2C12 myoblasts is suppressed at the onset of differentiation. Alternative splicing of the sea urchin PlCOUP-TF mRNA results in two isoforms, which differ by a 21 aa insertion in the DBD (unpublished data). The small isoform is a functional transcription factor that acts as a homodimer, while the large isoform and the heterodimers of the two isoforms fail to bind DNA. In this way, the large isoform regulates quantitatively the functional transcription factor, acting as dominant negative protein. Initially, by using in vitro binding assays (EMSA), we studied the binding properties of mCOUP-TFII and the possibility of forming heterodimers with the large isoform of PlCOUP-TF (L.I.), provided that hCOUP-TFI has been reported to be able to heterodimerize with the sea urchin homologue. We found that mCOUP-TFII is capable of binding the C1R response element as a homodimer and of forming heterodimers with PlCOUP-TF L.I. The binding of mCOUP-TFII homodimers has been shown to reduce as the ratio PlCOUP-TF L.I./mCOUP-TFII increases. The ultimate goal of this research, was the study of the role of mCOUP-TFII in muscle differentiation via overexpression of the dominant negative PlCOUP-TF L.I. in C2C12 cell cultures. Our initial assumption was that PlCOUP-TF L.I. is capable of acting as a dominant negative isoform of mCOUP-TFII, by forming non functional heterodimers with it. In this case, PlCOUP-TF L.I. would be expected to suppress the action of endogenous mCOUP-TFII in C2C12 cells. In contrast, overexpression of mCOUP-TFII would be expected to contribute to the maintenance of myoblasts in an undifferentiated state. We did not observe any difference in the actions of the two COUP-TFs, however, we cannot report any result regarding either the role of mCOUP-TFII in myoblast differentiation or the ability of in vivo interaction between these receptors.

The ability of a neuron to alter its synaptic connections during development is essential to circuit assembly. Synapse remodeling or refinement has been observed in many species and many neuronal circuits, yet the mechanisms defining which neurons undergo remodeling are unclear. Moreover, the molecules that execute the process of remodeling are also obscure. To address this issue, we sought to identify targets of the transcription factor unc-55 COUP-TF, which acts as a cell-specific repressor of synapse remodeling in C. elegans. unc-55 COUP-TF is expressed in VD neurons, where it prevents synapse remodeling. DD neurons can remodel synapses because they do not express unc-55 COUP-TF. Ectopic expression of unc-55 COUP-TF in DD neurons prevents remodeling. We identified the transcription factor Hunchback-like hbl-1 as a target of UNC-55 COUP-TF repression. Differential expression of hbl-1 explains the cell-type specificity of remodeling. hbl-1 is expressed in the DD neurons that are capable of remodeling, and is not expressed in the VD neurons that do not remodel. In unc-55 mutants, hbl-1 expression increases in VD neurons where it promotes ectopic remodeling. Moreover, hbl-1 expression levels bidirectionally regulate the timing of DD remodeling, as increases in hbl-1 cause precocious remodeling while decreases in hbl-1 cause remodeling delays. Finally, hbl-1 coordinates heterochronic microRNA and neuronal activity pathways to regulate the timing of remodeling. Increases or decreases in circuit activity cause increases or decreases in hbl-1 expression, and consequently early or delayed remodeling. Thus, convergent regulation of hbl-1 expression defines a genetic mechanism that patterns activity-dependent synaptic remodeling across cell types and across developmental time. We identified other targets of UNC-55 COUP-TF regulation using gene expression profiling, and implicate some of these factors in the regulation of remodeling using functional genomic screens. Our work suggests roles for conserved networks of transcription factors in the regulation of remodeling. We propose a model in which hbl-1 and other targets of unc-55 COUP-TF transcriptional repression are responsible for regulating synapse remodeling in C. elegans.

O Coup¬TF, αποτελεί ορφανό μέλος της υπεροικογένειας των υποδοχέων των στεροειδών/θυρεοειδών ορμονών και κατέχει κυρίαρχο ρόλο στην ανάπτυξη των εμβρύων όλων των μεταζώων. Στην παρούσα Διατριβή μελετήθηκε η cis¬ ρυθμιστική περιοχή του γονιδίου του, με σκοπό την ένταξή του στο γονιδιακό ρυθμιστικό δίκτυο του εμβρύου του αχινού. Με πειράματα in situ υβριδοποίησης βρέθηκε ότι το γονίδιο PlCoup¬TF εκφράζεται στο στοματικό εξώδερμα του γαστριδίου και στη βλεφαριδωτή ζώνη στον πλουτέα, στο είδος Paracentrotus lividus. Από παλαιότερα πειράματα είχε βρεθεί ότι το τμήμα της ανοδικής περιοχής που εκτείνεται από το -232 ως το ¬532 (τμήμα a), είναι απαραίτητο και επαρκές για την έκφραση του γονιδίου αναφοράς (gfp) στη βλεφαριδωτή ζώνη του πλουτέα. Εντός της περιοχής a ανευρέθησαν τρία πιθανά ρυθμιστικά στοιχεία (¬ 453, ¬432 και ¬377) του γονιδίου PlCoup¬TF, τα οποία αναγνωρίζονται από πρωτεΐνες εμβρυικού πυρηνικού εκχυλίσματος. Στοχευμένες μεταλλάξεις των στοιχείων αυτών, οδήγησαν σε μείωση της έκφρασης του γονιδίου αναφοράς (στοιχείο ¬453) και στην εκτοπική έκφρασή του (στοιχεία ¬432 και ¬377). Περαιτέρω μελέτη των παραγόντων που αναγνωρίζουν τα στοιχεία αυτά, οδήγησε στο συμπέρασμα ότι ο μεταγραφικός παράγοντας PlElk αναγνωρίζει το στοιχείο ¬ 453 και ρυθμίζει θετικά το γονιδίο του PlCoup¬TF και ο μεταγραφικός παράγοντας PlOtx αναγνωρίζει το στοιχείο -377 και καταστέλλει την έκφραση του PlCoup¬TF στο αντιστοματικό εξώδερμα. Τα αποτελέσματα της παρούσης εργασίας οδήγησαν στην ένταξη του γονιδίου PlCoup¬TF και των δύο ρυθμιστών του στο γονιδιακό ρυθμιστικό δίκτυο που καθορίζει τη διαφοροποίηση της βλεφαριδωτής ζώνης εντός του εμβρυικού εξωδέρματος. / Coup­TF, an orphan member of the nuclear receptor super family, has a fundamental role in the development of metazoan embryos. The study of the gene's regulatory circuit in the sea urchin embryo will facilitate the placement of this transcription factor in the well­studied embryonic Gene Regulatory Network (GRN). The Paracentrotus lividus Coup­TF gene (PlCoup­TF) is expressed throughout embryonic development preferentially in the oral ectoderm of the gastrula and the ciliary band of the pluteus stage. Two overlapping λ genomic clones, containing three exons and upstream sequences of PlCoup­TF, were isolated from a genomic library. The transcription initiation site was determined and 5′ deletions and individual segments of a 1930 bp upstream region were placed ahead of a GFP reporter cassette and injected into fertilized P.lividus eggs. Module a (−532 to −232), was necessary and sufficient to confer ciliary band expression to the reporter. Comparison of P.lividus and Strongylocentrotus purpuratusupstream Coup­TF sequences, revealed considerable conservation, but none within module a. 5′ and internal deletions into module a, defined a smaller region that confers ciliary band specific expression. Putative regulatory cis­acting elements (RE1, RE2 and RE3) within module a, were specifically bound by proteins in sea urchin embryonic nuclear extracts. Site­specific mutagenesis of these elements resulted in loss of reporter activity (RE1) or ectopic expression (RE2, RE3). It is proposed that sea urchin transcription factors, which bind these three regulatory sites, are necessary for spatial and quantitative regulation of the PlCoup­TF gene at pluteus stage sea urchin embryos. Additional experiments led us to the conclusion that transcription factor PlElk binds to the ­453 regulatory element and positively regulates PlCoup­TF gene in the ciliary band. Furthermore, PlOtx binds to the ­377 regulatory element and negatively regulates PlCoup­TF gene in the aboral ectoderm. These findings lead to the hierarchical positioning of PlCoup­TF within the embryonic GRN

Οι COUP-TFs είναι πυρηνικοί μεταγραφικοί παράγοντες, οι οποίοι υπάγονται στην υπεροικογένεια των πυρηνικών υποδοχέων. Τα μέλη της οικογένειας COUP-TF γενικά θεωρούνται καταστολείς της μεταγραφής και πολυάριθμοι μηχανισμοί έχουν προταθεί να υποστηρίζουν αυτή τους τη δράση. Με σκοπό να αποσαφηνιστεί ο μηχανισμός καταστολής των μελών της οικογένειας των COUP-TFs, χρησιμοποιήθηκε η μέθοδος yeast two-hybrid για να αναγνωριστούν πρωτεΐνες που εκφράζονται επίσης στον εγκέφαλο και ταυτόχρονα αλληλεπιδρούν άμεσα με μέλη της συγκεκριμένης οικογένειας. Η πρωτεΐνη CTIP1, ένα μέλος της καινούργιας οικογένειας των C2H2 πρωτεϊνών δακτύλου ψευδαργύρου, που απομονώθηκε σαν μία πρωτεΐνη που αλληλεπιδρά άμεσα με τον ARP1 και πιθανόν να εμπλέκεται στη μεταγραφική καταστολή που διαμεσολαβείται από τον ARP1, η οποία είναι ανεξάρτητη από την ευαίσθητη στην τριχοστατίνη Α αποακετυλίωση των ιστονών. Τόσο η CTIP1 όσο και η CTIP2 εκφράζονται σε μεγάλο βαθμό στον εγκέφαλο μια περιοχή για την οποία είναι γνωστό ότι εκφράζονται τα μέλη της οικογένειας των COUP-TFs, υπονοώντας ότι αυτή η καινούρια οικογένεια των πρωτεϊνών C2H2 δακτύλου ψευδαργύρου πιθανόν να εμπλέκεται στο σηματοδοτικό μονοπάτι των COUP-TFs. Στο πρώτο μέρος της παρούσας μεταπτυχιακής διατριβής, ο στόχος μας ήταν να διερευνήσουμε το πρότυπο έκφρασης της πρωτεΐνης COUP-TF Interactive Protein (CTIP) στα πρώιμα αναπτυξιακά στάδια του αχινού Paracentrotus lividus με τη μέθοδο του ανοσοφθoρισμού και να συγκρίνουμε το πρότυπο αυτό με το πρότυπο έκφρασης του COUP-TF και ταυτόχρονα να ελέγξουμε αν οι δύο αυτοί μεταγραφικοί παράγοντες αλληλεπιδρούν μέσω πειραμάτων ανοσοκατακρήμνισης. Ταυτόχρονα σημαντική ήταν και η προσπάθεια να μελετηθεί και η κατανομή των δύο ισομορφών του COUP-TF στα Μετάζωα. Το γονίδιο του COUP-TF αποτελείται, σε όλους τους μέχρι σήμερα μελετημένους οργανισμούς, από τρία εξώνια και δύο εσώνια που διακόπτουν την κωδική περιοχή του γονιδίου σε συντηρημένες θέσεις. Ωστόσο, έχει βρεθεί ότι ο αχινός Paracentrotus lividus διαφοροποιείται από αυτό το μοντέλο καθώς το γονίδιο αποτελείται από τέσσερα εξώνια (αδημοσίευτα αποτελέσματα του εργαστηρίου μας). Συγκεκριμένα, έχει βρεθεί ότι το επιπλέον εξώνιο βρίσκεται μεταξύ του πρώτου και του δεύτερου εξωνίου και έχει μέγεθος 63nt. Στο πρωτογενές μετάγραφο του COUP-TF συμβαίνει εναλλακτικό μάτισμα που έχει ως αποτέλεσμα την παραγωγή δύο m RNAs που κωδικοποιούν δύο πρωτεΐνες, οι οποίες διαφέρουν ως προς το μέγεθος λόγω της εισαγωγής 21 επιπρόσθετων αμινοξέων στην καρβόξυτελική περιοχή (CTE) της περιοχής πρόσδεσης στο DNA (DBD). Αν και πολλά δεν είναι γνωστά σχετικά με την ενδοκυτταρική τοποθέτηση κυρίως της μεγάλης ισομορφής, πειράματα EMSA ωστόσο εδειξαν οι δύο αυτές πρωτεΐνες διαφέρουν ως προς την ικανότητα πρόσδεσής τους στο DNA, με τη μεγάλη υπομονάδα του COUP να στερείται της ικανότητας να προσδένεται σε COUP στοιχείο απόκρισης. Σε μια προσπάθεια να μελετηθεί διεξοδικότερα το φαινόμενο του εναλλακτικού ματίσματος και συγκεκριμένα να διαπιστωθεί αν πρόκειται για ένα φαινόμενο συντηρημένο στα εχινοειδή, αποκλειστικό ή όχι αυτών, το συμπέρασμα που προέκυψε είναι ότι το εναλλακτικό μάτισμα είναι συντηρημένο και εμφανίζεται σταθερά στα είδη των αχινών που μελετήθηκαν (Paracentrotus lividus, Spaerechinus granularis, Strongylocentrotus purpuratus). Το εναλλακτικό μάτισμα λαμβάνει χώρα σε όλα τα στάδια από τα αγονιμοποίητα ωάρια εως τον πλουτέα και σε όλους τους ιστούς που o COUP-TF εκφράζεται (κοιλωματικά κύτταρα, μύες, έντερο). Για να μελετήσουμε την εξάπλωση του εναλλακτικού ματίσματος στα Μετάζωα, επιλέχθηκαν αντιπρόσωποι απ΄ όλες τις ομοταξίες του φύλου των Εχινόδερμων (Strongylocentrotus purpuratus, Amphiura filiformis, Patiria miniata, Marthasteria glacialis, Holothuria polii, Oxycomanthus japonicas), του φύλου των Ημιχορδωτών (Sakoglossus kowalevski), του φύλου των Χαιτόγναθων (Sagita minima), του υπόφυλου των Ουροχορδωτών (Ciona intestinalis) και του φύλου Xenoturbella (Xenoturbella bocki) για την απομόνωση ολικού RNA από καθέναν από αυτούς τους οργανισμούς. Αυτό το υλικό αποτέλεσε το υπόστρωμα για την πραγματοποίηση μιας σειράς πειραμάτων RT-PCR και Nested PCR με τη χρήση ειδικά σχεδιασμένων εκκινητών (degenerate primers). Η κλωνοποίηση των προιόντων σε κατάλληλο φορέα συνέβαλλε στην αλληλούχηση των κατάλληλων κλώνων. Παράλληλα, με το πρόγραμμα BLAST ψάξαμε για ομολογία της μικρής ισομορφής της πρωτεΐνης του COUP-TF του Paracentrotus lividus με άλλες πρωτεΐνες άλλων οργανισμών. Τα αποτελέσματα που προέκυψαν τόσο μέσα από τη νουκλεοτιδική αλληλούχηση όσο και μέσω της ηλεκτρονικής διερεύνησης συνηγορούσαν υπέρ της παρουσίας του εναλλακτικού ματίσματος ως ενός φαινομένου καθολικού που αφορά ευρύτερες (αν όχι όλες) ομάδες των Μεταζώων. / --

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Οι μεταγραφικοί παράγοντες COUP-TF (Chicken Ovalbumin Upstream Promoter Transcription Factor) ανήκουν στην υπεροικογένεια των υποδοχέων στεροειδών/ θυρεοειδών ορμονών και θεωρούνται “ορφανοί”, αφού μέχρι στιγμής δεν έχει βρεθεί το υπεύθυνο πρόσδεμα για την ενεργοποίηση τους. Πειραματικές διαδικασίες στο εργαστήριο μας έχουν δείξει ότι στο πρωτογενές μετάγραφο των COUP-TFs συμβαίνει εναλλακτικό μάτισμα που έχει ως αποτέλεσμα την παραγωγή δύο mRNAs που κωδικοποιούν δύο πρωτεΐνες οι οποίες διαφέρουν ως προς το μέγεθος λόγω της εισαγωγής 21 επίπρόσθετων αμινοξέων στην καρβοξυτελική περιοχή (Carboxy Terminal Extension) της περιοχής πρόσδεσης στο DNA (DBD). Πειράματα EMSA με τη χρήση in vitro μεταφρασμένων πρωτεϊνών, αποκάλυψαν ότι η μεγάλη πρωτεΐνη δεν μπορεί να προσδεθεί σε κανένα COUP-TF στοιχείο απόκρισης. Επίσης παρατηρήθηκε ότι παρουσία της μεγάλης πρωτεΐνης, η ικανότητα της μικρής πρωτεΐνης να προσδένεται στο DNA μειώνεται με ανταγωνιστικό τρόπο, οδηγώντας στο συμπέρασμα ότι το ετεροδιμερές πρωτεϊνικό σύμπλοκο δεν μπορεί να προσδεθεί στο DNA. Σκοπός μας είναι να ερευνήσουμε το ρόλο της ένθεσης των 21 αμινοξέων στην μεγάλη πρωτεΐνη, ως προς την ικανότητα πρόσδεσης της στο DNA. Στον αχινό Paracentrotus lividus, η αμινοξική ένθεση στην καρβοξυτελική περιοχή (CTE) της μεγάλης πρωτεΐνης περιέχει δύο προλίνες. Η υπόθεση μας είναι ότι αυτές οι δύο προλίνες παίζουν σημαντικό ρόλο στην στερεοδιαμόρφωση της πρωτεΐνης, επηρεάζοντας την ικανότητα πρόσδεσης στο DNA. Για να ελέγξουμε την υπόθεση αυτή, προκαλέσαμε σημειακές μεταλλάξεις, μεταλλάσσοντας συγχρόνως τις δύο προλίνες σε αλανίνες αλλά κάθε μία προλίνη σε αλανίνη μεμονωμένα, καθώς επίσης μελετήσαμε και μια σειρά εσωτερικών αμινοξικών ελλειμάτων μέσα στην ένθεση των 21 αμινοξέων στην καρβοξυτελική περιοχή. Το σύνολο των μεταλλάξεων έδειξε ότι οι μεταλλαγμένες μεγάλες πρωτεΐνες δεν προσδένονται στο DNA καθώς επίσης ότι οι μεταλλαγμένες μεγάλες πρωτεΐνες ετεροδιμερίζονται πιο αποτελεσματικά με την μικρή ισομορφή πιθανότατα λόγω επαγόμενης αλλαγής της στερεοδιαμόρφωσης της μεταλλαγμένης πρωτεΐνης. Επίσης μελετήσαμε την εξάπλωση του εναλλακτικού ματίσματός στα Δευτεροστόμια, χρησιμοποιώντας ειδικούς εκφυλισμένους εκκινητές σε πειράματα PCR. Εναλλακτικό μάτισμα των μεταγράφων COUP-TF παρατηρήθηκε επίσης στους οργανισμούς Sphaerechinus granularis (Εχινόδερμο) και Saccoglossus kowalevskii (Ημιχορδωτό). / COUP-TFs (Chicken Ovalbumin Upstream Promoter- Transcription Factors) belong to the superfamily of steroid/thyroid hormone receptors and they are consider orphans since the proper ligand that activates them is not yet found. Experimental procedures in our laboratory have shown that in Echinoderms the alternative splicing of the COUP-TF primary transcript results in two mRNAs which encode two protein variants that differ by a 21 amino acid insertion in the Carboxy Terminal Extension (CTE) of the DNA Binding Domain (DBD). EMSA experiments with the use of in vitro translated proteins revealed that the large protein variant is incapable of binding any COUP-TF response elements. Furthermore, in the presence of the large variant, the small COUP-TF protein ability to bind DNA is diminished in an antagonistic way, suggesting that the heterodimeric protein is also incapable of DNA binding. Our aim is to investigate the role of the 21aa insertion in the large variant regarding the DNA binding affinity. In sea urchins the CTE insertion in the large variant contains two prolines. Our hypothesis is that these two prolines play an important role in the protein‟s conformation which in turn is responsible for the loss of DNA binding. To check this, we created point mutations by mutating both prolines to alanines simultaneously and then each proline to alanine separately. We also analyzed a series of internal amino acid deletions within the 21aa insertion of the CTE. All the mutations proved that the large mutated proteins are incapable of binding DNA and that they heterodimerize more effectively with the small protein variant possibly because of the changed conformation of the large protein variant. We also studied the alternative splicing among Deuterostomes, by using degenerate primers in PCR experiments. We observed that alternative splicing of COUP-TF transcripts occurs in the sea urchin Sphaerechinus granularis and in the hemichordate Saccoglossus kowalevskii.