El checkpoint de la fase S constitueix una barrera anti-càncer. Quan aquest mecanisme de vigilància detecta situacions que posen en perill la integritat genòmica, tals com dany al DNA o estrès replicatiu, genera una resposta que engloba la protecció de la replicació, l'aturada del cicle cel·lular i l'activació i coordinació dels sistemes de reparació del DNA. En última instància, si la crisi no es superada el checkpoint promou l'entrada en apoptosis via p53. Per aquest motiu, la mutació d'elements d'aquest mecanisme de control ha estat àmpliament implicada en tumors primaris humans, ja que afavoreixen l'aparició d'inestabilitat genòmica, un dels motors de la transformació cel·lular maligna. A pesar de la importància d'aquest mecanisme de vigilància en el seu paper antitumoral, la gran majoria de les seves dianes romanen desconegudes. Per tal d'identificar noves seqüències implicades en la resposta, es van realitzar 2 aproximacions a gran escala, obtenció de proteomes 2D-DIGE checkpoint dependents utilitzant com a model S. cerevisiae i l'obtenció de microxips d'expressió en resposta a estrès replicatiu en cèl·lules HeLa. Finalment, van permetre identificar la ciclina E2 com a nova diana del checkpoint de fase S. La ciclina E2 és imprescindible perquè les cèl·lules pugin superar la transició G1/S, comprometent-se a una ronda de cicle cel·lular. En resposta a estrés genotòxic és acumulada de forma dependent de l'activació del checkpoint de la fase S. Aquesta estabilització implica alts nivells del seu mRNA i requereix síntesi de novo continuada. Els nostres resultats indiquen que l'acumulació de ciclina E2 podria actuar alentint la progressió de la fase S, evitant d'aquesta manera que cromosomes danyats siguin segregats en mitosis aberrants. Per altra banda, la ciclina E2 es troba sobreexpressada en un elevat número de tumors primaris. Donada la seva implicació en la resposta del checkpoint, vam avaluar si presenta modulació a la resposta a agents quimioteràpics que afecten l'estructura del DNA. Els assaigs de viabilitat in vitro enfront a inhibidors de la topoisomerasa I, mostren que la ciclina E2 confereix resistència enfront la teràpia. Per tant, de confirmar-se aquests resultats in situ, podria ser utilitzada com a biomarcador de resposta. / The S-phase checkpoint acts as an anti-cancer barrier. When the surveillance mechanism detects dangerous situations for the genome integrity such as DNA damage or replication stress, the S-phase checkpoint generates its own response, including replication protection, cell cycle arrest and activation and coordination of DNA repair systems. Finally, if stress situation is not by-passed, the S-phase checkpoint induces cell death through apoptosis via p53. For these reasons, mutations in the mechanism elements are widely related with tumorogenesis processes, because they arise the emergence of genome instability, a driving force of malignant cell transformation. Despite the importance of this mechanism in its anti-cancer role, most of its targets are still unknown. To identify new sequences involved in the response, we used two high-throughput approaches: checkpoint-dependent 2D-DIGE proteomes in S. cerevisiae under replication stress conditions and expression microarrays in replication stress conditions using human HeLa cells. Finally we identified cyclin E2 as a novel S-phase checkpoint target. Cyclin E2 is essential to cells to by-pass G1/S boundary, entering in cell cycle. Cyclin E2 levels are stabilized in a S-phase checkpoint dependent manner. This stabilization involves the cyclin E2 mRNA increase and the continuous de novo synthesis of the protein. Our results indicate that cyclin E2 accumulation could delay the S-phase progression, avoiding the segregation of partially replicated chromosomes in aberrant mitosis. On the other hand, as cyclin E2 has been found over-expressed in a high number of human primary tumours, we next tested if the over-expression of cyclin E2 could modulate the response to DNA-based chemotherapy agents. Viability in vitro assays confirmed that cyclin E2 confers resistance to toisomerase I inhibitors. This result postulates cyclin E2 tumour levels as a prediction biomarker for chemotherapy response.

Exposure of yeast to increases in extracellular osmolarity activates the stress-activated Hog1 MAP kinase, which is essential for cell survival upon osmotic stress. Activation of the Hog1 MAPK results in cell growth arrest, suggesting a possible role of the MAP kinase in the control of the cell cycle. Our results have shown that Hog1 activation resulted in accumulation of cells in the G1/S and G2/M transitions. At G1, Hog1 regulates the cell cycle progression by a dual mechanism that involves downregulation of G1 cyclin expression and direct targeting of the CDK-inhibitor protein Sic1. The MAPK interacts with Sic1, and phosphorylates a single residue of Sic1, which, in combination with the downregulation of cyclin expression, results in Sic1 stabilization and inhibition of cell cycle progression. Consistently, sic1_ cells, or cells containing a SIC1 allele mutated in the Hog1 phosphorylation site, are unable to arrest at G1 phase after Hog1 activation, and become sensitive to osmostress. Together, our data indicate that Sic1 is the molecular target for Hog1 that is required to modulate cell cycle progression in response to stress at G1. On the other hand, activation of the Hog1 MAPK also results in an increase of cells in the G2 phase. Arrested cells displayed down regulation of the Clb2-Cdc28 kinase activity and consequently enlarged buds, defects in spindle formation and orientation. These effects were prevented by deletion of the SWE1 gene. Thus, swe1Ä cells failed to arrest at G2, which resulted in a premature entry into mitosis and mislocalization of nuclei. Consistently, swe1Ä cells were osmosensitive. Swe1 degradation was reduced in response to activation of Hog1. Swe1 accumulation is mediated by the activity of the complex Hsl1-Hsl7. Hog1 phosphorylates a single residue at the regulatory domain of Hsl1, which leads to the mislocalization of Hsl7 from the bud neck, and consequent Swe1 accumulation. In addition, Hog1 downregulates G2 cyclin expression, reinforcing the inhibition of cell cycle progression at G2/M. These results indicate that Hog1 imposes a delay in critical phases of cell cycle progression necessary for proper cellular adaptation to new extracellular conditions.

This thesis project is focused on the study of the signaling module formed by the NIMA-related protein Nek6, Nek7, and Nek9 and their function during early mitosis, with particular interest in centrosome separation and maturation. Nek9/Nercc1 was identified by Dr. Joan Roig. Nek9 is expressed in all cell lines and tissues studied is inactive during interphase while during mitosis is activated through phosphorylation by Plk1 which is in fact able to bind Nek9 and subsequently phosphorylates Nek9 on its activation loop. During mitosis Nek6 and Nek7 bind the C-terminal of Nek9. Once active, Nek9 can phosphorylate Nek6 and Nek7, thus activating them. Active Nek9 localizes at centrosome, suggesting that Nek9/Nek6-7 has important functions in the organization of microtubules during cell division. Confirming this idea, it has been shown that the microinjection of anti-Nek9 module induces arrest in prometaphase with disorganized spindle structures and misaligned chromosomes, or leads to abnormal mitosis resulting in aneuploidy. In the same direction, interference with the function of Nek7 or Nek6 leads to abnormal mitotic progression and spindle formation. We described how the Nek9/Nek6-7 module could provide a link connecting Plk1 and Eg5 in the context of centrosome separation. we analyzed the effects of Plk1, Eg5, Nek9, Nek6 or Nek7 down-regulation by RNAi on the extent of separation of duplicated centrosomes in prophase cells and we observed how this downregulation was affecting centrosome separation. We determine whether the activation of Nek9 or Nek6 could induce centrosome separation trasfecting cells with the active form of these two kinases; a considerable amount of cells that were in interphase shown separate centrosome demonstrating that Nek9/Nek6 are sufficient to induce centrosome separation. To test whether active Nek9 and Nek6 exerted their effect through the regulation of Eg5 we simultaneously transfected the cells with Eg5 siRNAs and we completely lost the centrosome separation described above. We demonstrated by immunofluorescence that the key event during centrosome separation was the recruitment of Eg5 at centrosomes and that the down-regulation of Plk1, Nek6, Nek7 or Nek9 resulted in prophase cells with unseparated centrosomes because Eg5 was not properly recruited. To prove whether the phosphorylation on Ser-1033 controls the accumulation of Eg5 to centrosomes and centrosome separation during early mitosis we transfected cells with wild type Eg5 or Eg5 S1033A; the wild type form of the kinesin was able to localize at centrosome and rescue the normal phenotype while Eg5 S1033A was not able to localize and resulted in cells delayed in mitosis. Plk1, the Nek9 activator, is involved in the regulation of centrosome maturation during early mitosis. Centrosome maturation refers to the process through which centrosomes increase size and microtubule nucleation activity and requires the accumulation of γ-TuRC complexes at centrosome. This recruitment depends on Nedd1 that acts as γ-Tubulin targeting factor. Plk1 depletion prevents accumulation of Nedd1 at centrosome. Our experiments show the importance of Nek9 in the regulation of centrosome maturation downstream of Plk1. Depletion of Nek9 by siRNA determined a decrease of γ-Tubulin and Nedd1 at centrosome. Further we investigated the upstream role of Plk1 depleting Plk1 and trasfecting active Nek9 and it was able to rescue the normal phenotype. Nek9 can interact with Nedd1 during mitosis and phosphorylates it provoking its accumulation at centrosome. The no-phosphorylable form of Nedd1 was not able to accumulate at centrosome and support the accumulation of γ-Tubulin there, determining a delay of the cells in prometaphase. Our results show that Nek9 is the link between Plk1 activity and the recruitment of Nedd1 to the centrosome and that the pathway formed by Plk1/Nek9/Nedd1 can be a key element in the control of mitotic centrosome maturation.

Existeixen moltes evidències que indiquen que les diferents funcions descrites de p21(Cip1) es deuen, en certa part, a la seva localització intracel·lular. Mentre que la p21(Cip1) nuclear inhibeix la proliferació cel·lular, la p21(Cip1) citoplasmàtica és capaç de regular la supervivència i la mobilitat cel·lular. El fet que les funcions de p21(Cip1) en cada un dels compartiments cel·lulars tinguin papers oposats fa que sigui d'un gran interès l'estudi dels canvis de localització de p21(Cip1) i els mecanismes que regulen aquesta translocació, així com les possibles vies que p21(Cip1) pugui fer servir per a localitzar-se en els diferents compartiments cel·lulars.En aquesta tesi s'han realitzat dos estudis diferenciats, però amb un objectiu comú ja que tots dos es centren en l'anàlisi dels mecanismes reguladors de la localització cel·lular de p21(Cip1). En la primera part d'aquesta tesi, observem la importància de la fosforilació de p21(Cip1) per part de la proteïna cinasa C (PKC). Aquesta fosforilació té lloc en el residu Ser153, molt proper a la senyal de localització nuclear (NLS) de la p21(Cip1) i es capaç de regular la localització cel·lular de p21(Cip1). Aquests resultats, juntament amb altres treballs, demostren que la fosforilació de p21(Cip1) afavoreix la seva localització en el citoplasma. Diferents aproximacions experimentals ens van permetre observar com aquesta fosforilació inhibeix la unió entre p21(Cip1) i CaM. D'aquest primer treball se'n deriva un model de regulació de la localització cel·lular de p21(Cip1) en el qual la unió a CaM i la fosforilació per PKC tenen papers oposats. D'una banda, la unió de p21(Cip1) a CaM inhibeix la seva fosforilació per part de PKC i afavoreix la localització de p21(Cip1) en el nucli. D'altra banda, la fosforilació de p21(Cip1) en el residu Ser153 indueix una localització citoplasmàtica de p21(Cip1). Treballs posteriors ens van permetre observar com la sortida de p21(Cip1) del nucli cap al citoplasma també està regulada. Després del dany al DNA, els nivells cel·lulars de p21(Cip1) incrementen, especialment en el nucli, per tal d'assegurar una aturada del cicle cel·lular. Observem com en resposta al dany al DNA, p21(Cip1) s'acumula no només en el nucleoplasma de les cèl·lules sinó que també s'acumula en el nuclèol. En les cèl·lules danyades els components nucleolars es troben desorganitzats i el nuclèol perd els contactes amb l'embolcall nuclear i presenta unes estructures esfèriques en el seu interior. La p21(Cip1) present en les estructures esfèriques del nuclèol està en un equilibri dinàmic amb la p21(Cip1) del nucleoplasma i la presència de p21(Cip1) en aquestes estructures correlaciona amb una inhibició de l'export p21(Cip1) cap al citoplasma. Aquests resultats donen suport a l'existència d'una via d'export de proteïnes nuclears a través del nuclèol, semblant a la que intervé en l'export de ribosomes, la qual es veuria afectada amb la desestructuració dels nuclèols en resposta al dany cel·lular. A més, amb els resultats obtinguts no descartem la possibilitat que p21(Cip1) pugui ser modificada en el nuclèol ja que en resposta al dany al DNA també s'hi localitzen altres proteïnes implicades en diferents vies de modificació post-traduccional. Així doncs, l'acumulació nuclear de p21(Cip1) en resposta al dany al DNA no es deu únicament a un increment de la seva transcripció sinó que aquesta acumulació també es deguda a la inhibició de la sortida de p21(Cip1) cap al citoplasma a través del nuclèol.En conclusió, tant l'entrada com la sortida de la p21(Cip1) del nucli és un mecanisme altament regulat que farà que la localització de p21(Cip1) pugui variar en diferents situacions fisiològiques de la cèl·lula. Aquest fet és de gran importància per al correcte funcionament cel·lular ja que com hem descrit anteriorment, p21(Cip1) és una proteïna amb funcions oposades depenent de la seva localització intracel·lular: oncogènica al citoplasma i supressora de tumors al nucli. / It is well known that p21(Cip1) is a protein with a dual function in oncogenesis depending mainly on its intracellular localization: tumor suppressor in the nucleus and oncogenic in the cytoplasm. The importance of p21(Cip1) cellular localization indicates that it has to be precisely regulated.On one side we observed the importance of p21(Cip1) phosphorylation by PKC inducing its cytoplasmic localization. PKC phosphorylates p21(Cip1) at Ser 153 and when phosphorylated, p21(Cip1) can not bind to CaM. From this study we conclude that CaM and PKC have an opposite role in the regulation of p21(Cip1) localization: CaM binding to p21(Cip1) prevents its phosphorylation by PKC at Ser153 and consequently allows its nuclear localization; while when phosphorylated at Ser153, p21(Cip1) is located at the cytoplasm.On the other side the export of p21(Cip1) from the nucleus to the cytoplasm is also regulated. After DNA damage, p21(Cip1) increases and accumulates in the nucleus to ensure cell cycle arrest. We observed that after DNA damage p21(Cip1) accumulates not only in the nucleoplasm but also in the disrupted nucleoli. In damaged cells the nucleolar components are disorganized and nucleoli have lost their contacts with the nuclear envelope and appear with spherical structures inside. The nucleolar p21(Cip1) forms a dynamic equilibrium between the nucleolus and the nucleoplasm and correlates with the inhibition of p21(Cip1) nuclear export. This result proves the existence of a nucleolar export route to the cytoplasm for p21(Cip1) similar to the one described for the ribosome export. Moreover, the results obtained suggested that p21(Cip1) could be modified in the nucleolus in response to DNA damage as different proteins involved in post-translation modifications also localize in the nucleoli after the damage. Thus, after DNA damage, p21(Cip1) accumulates in the nucleus due to an increase in its transcription and due to an inhibition of its export to the cytoplasm.All this results together indicate the importance of p21(Cip1) localization depending on the cellular context and that its localization is precisely regulated by different pathways.

La Transició Epiteli-Mesènquima és el mecanisme pel qual les cèl·lules epitelials generades en regions particulars, poden dissociar-se de l'epiteli i migrar cap a nous destins, gràcies a uns canvis morfològics que transformen les cèl·lules epitelials en cèl·lules mesenquimals. Aquest procés fonamental durant el desenvolupament, també és rellevant en la progressió de tumors epitelials malignes i en tots dos casos les cèl·lules perden cohesió i adhesió i guanyen mobilitat. Aquests processos morfogènics impliquen una reorganització important del citoesquelet que serà incompatible amb un estat proliferatiu actiu, fins que les cèl·lules necessitin colonitzar un nou territori.Snail és un factor clau en la regulació dels processos EMT, tant en el desenvolupament com en la progressió tumoral gràcies a la seva capacitat de reprimir directament la transcripció de gens epitelials i promoure l'expressió de gens mesenquimals. Uns clons estables de dues línies cel·lulars epitelials, generats en el nostre grup proliferaven més lentament a l'expressar Snail de manera que ens vam proposar descriure el mecanisme utilitzat per Snail per fer disminuir la taxa de proliferació cel.lular al ser expressat ectòpicament en cèl.lules en cultiu que havien patit una EMT.Els resultats d'aquesta tesi indiquen que Snail bloqueja el cicle cel·lular al ser expressat en cèl·lules epitelials fent que disminueixin els nivells de proteïna CDC25A, fosfatasa que pot activar els complexes CDK-ciclina implicats en la progressió per diverses etapes del cicle. Els nostre estudi suggereix que Snail reté el mRNA de CDC25A al nucli, impedint que sigui exportat i traduit.

Existeix certa controvèrsia sobre els efectes del b-carotè com a promotor o protector del càncer de pulmó. A més, el b-carotè, com a precursor de l'àcid retinoic, podria estimular la termogènesi i regular l'adipositat corporal. La fura representa un bon model per estudiar els efectes de la ingesta de b-carotè ja que l'absorbeix de manera pràcticament intacta (semblant als humans). Hem demostrat que el b-carotè ingerit amb altres antioxidants no sembla tenir efectes inductors del càncer ja que no augmenta la proliferació cel·lular al pulmó i a més prevé els efectes del carcinogen benzo[a]pirè. D'altra banda, dosis farmacològiques de b-carotè fan a la fura efectes contraris als de l'àcid retinoic, ja que augmenten l'adipositat i resulten en una menor capacitat termogènica, principalment al teixit adipós retroperitoneal que, a la fura, presenta certes característiques de teixit adipós marró, ja que té un percentatge considerable d'adipòcits multiloculars i expressa quantitats significatives d'UCP1. / Existe controversia sobre los efectos del b-caroteno como promotor o protector del cáncer de pulmón. Además, el b-caroteno, como precursor del ácido retinoico, podría estimular la termogénesis y regular la adiposidad corporal. El hurón representa un buen modelo para estudiar los efectos de la ingesta de b-caroteno pues lo absorbe de manera prácticamente intacta (similar a los humanos). Hemos demostrado que el b-caroteno ingerido con otros antioxidantes no parece tener efectos inductores del cáncer puesto que no aumenta la proliferación celular del pulmón y además previene los efectos del carcinógeno benzo[a]pireno. Por otra parte, dosis farmacológicas de b-caroteno producen en el hurón efectos contrarios a los del ácido retinoico, ya que aumentan la adiposidad y reducen la capacidad termogénica, principalmente del tejido adiposo retroperitoneal que, en el hurón, presenta ciertas características de tejido adiposo marrón, al contener un porcentaje considerable de adipocitos multiloculares y expresar cantidades significativas de UCP1. / The effects of b-carotene promoting or protecting against lung cancer are unclear. Furthermore, b-carotene, as retinoic acid precursor, could induce thermogenesis and regulate body adiposity. The ferret represents a good model to study the effects of oral administration of b-carotene because it absorbs it almost intact (similarly to humans). We have shown that the intake of b-carotene together with other antioxidants does not seem to inducecancer as it does not increase cellular proliferation in lung and prevents the effects of the carcinogen benzo[a]pyrene. In addition, pharmacological b-carotene doses in ferrets have different effects from retinoic acid, increasing adiposity and decreasing thermogenic capacity, especially in the retroperitoneal adipose tissue which, in ferrets, resembles brown adipose tissue, since it has an important percentage of multilocular adipocytes and expresses significant amount of UCP1.