The mammalian heart is a remarkable organ in that it must provide for the cardiovascular needs of the organism throughout life, without pausing. Yet, through developmental growth to adulthood and into ageing, the mammalian heart undergoes extensive physiological, morphological and biochemical remodelling. Pivotal to the age-associated alterations in cardiac phenotype is a decline in the proliferative capacity of cardiac myocytes (CMs), which is insufficient to compensate for the basal rate of CM death over time. The terminally differentiated nature of adult CMs also underlies the inability of the heart to repair itself after myocardial damage, such as infarction. As a consequence, existing CMs mount a compensatory hypertrophic response to sustain cardiac output. In parallel, the proliferation rate of resident cardiac fibroblasts, which comprise approximately 60% of total cardiac cells, increases, replacing healthy myocardium with fibrotic scar tissue. Together, CM hypertrophy and fibroblast hyperplasia progressively reduces cardiac function and the ability of the heart to adapt to environmental stressors or damage. Under continued stress or through natural ageing, the heart progresses to a failing state in which cardiac output can no longer meet the demands of the body. The societal impact of ageing-associated decline in cardiac function is great, with heart failure affecting around 8% of over 65s and consuming approximately 2% of the NHS budget. These statistics are set to rise with an ageing population. The substantial phenotypic alterations characteristic of ageing and disease-associated cardiac remodelling requires a wholesale reprogramming of the CM transcriptome. In many biological systems, although yet to be established in adult myocytes, epigenetic mechanisms underlie the transcriptome changes that arise. I hypothesised that alterations in the epigenetic landscape of CMs mediate the transcriptome remodelling that determines the phenotypic transformations that occur in cardiac ageing, hypertrophy and disease. To test this hypothesis, I examined CM-specific changes in DNA cytosine modifications, long non-coding RNA (lncRNA) expression and histone tail lysine methylation marks – epigenetic marks with central roles in transcriptional regulation in many biological systems. I examined how these changes correlate with alterations in the CM transcriptome during disease and ageing. Understanding how alterations in the transcriptome and epigenome contribute to phenotypic changes using whole tissue data is confounded by the heterogeneous nature of the heart, coupled with ageing and disease-associated changes in relative cellular composition. To overcome this, I validated a method to isolate CM nuclei specifically from post-mortem heart tissue. This method also has the advantage that it could be applied to frozen tissue, allowing access to archived material. LncRNAs are functional RNA transcripts longer than 200 bases are emerging as important regulators of gene expression. Common mechanisms of gene expression regulation by lncRNAs include by antisense suppression, as guide/co-factor molecules to direct chromatin modifying components or splicing factors to locations in the genome. Transcriptome profiling in healthy and failing human CMs identified an increase in expression of the lncRNA MALAT-1, which was consistently observed in rodent models of pathology and in ageing. Loss-of-function investigations revealed a potential anti-hypertrophic function for this lncRNA. Specifically, MALAT-1 knock down in vitro in CMs incited spontaneous hypertrophy with features reflecting pathological remodelling in the heart and hypertrophy induced by pro-hypertrophic mediators in vitro. ix In addition, novel uncharacterised transcripts were identified as differentially expressed in cardiovascular disease, including a lncRNA at 4q35.2, which was found significantly downregulated in CMs from human failing hearts. DNA methylation is a stable epigenetic modification and is generally associated with transcriptional repression. It is established by de novo DNA methyltransferases (DNMTs) in early development to determine and maintain differentiated cell states and is ‘copied’ to daughter strands in DNA synthesis by the maintenance DNMT1. Methylcytosine (MeC) can be subject to further processing to hydroxymethylcytosine (hMeC) through a TET protein-mediated oxidation reaction. This serves as a means to actively remove methylation marks as well as hMeC being a novel epigenetic modification in its own right. For the first time, I identified the cardiac myocyte genome as having a high global level of hMeC, comparable with that in neurones. I also discovered an age-associated increase in gene body hMeC that coincided with the loss of proliferative capacity and plasticity of CMs. In parallel, gene body DNA MeC levels decrease in CM ageing. Both these phenomena in gene bodies corresponded with a non-canonical upregulation in expression of genes particularly relevant to cardiac function. This relationship between gene body methylation and transcription rate is strengthened with age in CMs. Recent work in the laboratory had identified the pervasive loss of euchromatic lysine 9 dimethylation on histone 3 (H3K9me2) as a conserved feature of pathological hypertrophy and associated with re-expression of foetal genes. Concurrently, expression and activity of the enzymes responsible for depositing H3K9me2, euchromatic histone lysine methyltransferases 1 and 2 (EHMT1/GLP and EHMT2/G9a) were reduced. Consistently, microRNA-217-induced genetic or pharmacological inactivation of Ehmts was sufficient to promote pathological hypertrophy and foetal gene re-expression, while suppression of this pathway protected from pathological hypertrophy both in vitro and in mice. In summary, I provide new insight into CM-specific epigenetic changes and suggest the epigenome as an important mediator in the loss of plasticity and cardiac health in ageing and disease. Epigenetic mediators and pathways identified as responsible for this remodelling of the CM epigenome suggests opportunities for novel therapy approaches.

Chez les eucaryotes, le génome est organisé en chromatine, une structure nucléoprotéique essentielle pour la régulation de l’expression génique ainsi que pour le maintien de la stabilité du génome. Les ciliés sont d’excellents organismes modèles pour étudier les mécanismes généraux qui maintiennent l’intégrité du génomes eucaryote. Chez Paramecium tetraurelia, la différentiation du génome somatique à partir du génome germinal est caractérisée par des événements massifs et reproductibles d’élimination d’ADN. D’une part, des éléments répétés (transposons,régions minisatellites), de plusieurs kilobases de long, sont imprécisément éliminés.D’autre part, 45000 séquences courtes et uniques, appelées IES, sont précisément éliminées au nucléotide près. Une classe de petits ARN, appelé scnRNAs, est impliquée dans la régulation epigénétique de l’élimination d’ADN, mais comment les scnRNA contrôlent l’élimination d’ADN reste mystérieux. Nous avons testé l’hypothèse selon laquelle une organisation particulière de la chromatine, en particulier des modifications post-traductionelles des histones associées à des formes répressives de la chromatine, est impliquée dans le processus d’élimination d’ADN. Nous avons montré que la triméthylation de l’histone H3 sur la lysine 9 et la lysine 27 (H3K9me3 et H3K27me3)apparaît transitoirement dans le noyau somatique en développement au moment où se produisent les événements d’élimination d’ADN. Nous avons identifié la protéine de type Polycomb, Ezl1, et montré qu’elle est une histone methyltransferase qui présente une dualité de substrat et catalyse à la fois la mise en place de K9me3 et K27me3 sur l’histone H3. Nous avons montré que la déposition de H3K9me3 et H3K27me3 dans le noyau en développement requiert les scnRNAs. Des analyses de séquençage haut débit ont montré que Ezl1 est requise pour l’élimination des longues séquences répétées germinales, suggérant que les scnRNA guident la déposition des marques d’histones au niveau de ces séquences. Au contraire des régions répétées du génome, les IES montrent une sensibilité différente aux scnRNAs et à Ezl1, suggérant que plusieurs voies partiellement chevauchantes sont impliquées dans leur élimination. Notre étude montre que des caractéristiques intrinsèques des séquences d’ADN, telles que leur taille, peut contribuer à la définition des séquences germinales à éliminer. De manière intéressante, nous avons aussi montré que Ezl1 est requise pour la répression transcriptionnelle des éléments transposables. Nous suggérons que les voies H3K9me3et H3K27me3 coopèrent et contribuent à préserver le génome somatique de Paramecium des parasites génomiques. / Eukaryotic genomes are organized into chromatin, a complex nucleoprotein structureessential for the regulation of gene expression and for maintaining genome stability.Ciliates provide excellent model organisms with which to gain better understandinginto the regulation of genome stability in eukaryotes. In the ciliate Parameciumtetraurelia, differentiation of the somatic genome from the germline genome ischaracterized by massive and reproducible programmed DNA elimination events. Longregions of several kilobases in length, containing repeated sequences and transposableelements are imprecisely eliminated, whereas 45,000 short, dispersed, single-copyInternal Eliminated Sequences (IESs) are precisely excised at the nucleotide level. Aspecific class of small RNAs, called scnRNAs, is involved in the epigenetic regulation ofDNA deletion. How scnRNAs may guide DNA elimination in Paramecium remains tobe discovered. Here, we investigated whether chromatin structure, in particular histonepost-translational modifications known to be associated with repressive chromatin,might control DNA elimination. We showed that trimethylated lysine 9 and 27 onhistone H3 (H3K9me3 and H3K27me3) appear in the developing somaticmacronucleus when DNA elimination occurs. We identified the Polycomb-groupprotein, Ezl1, and showed that it is a dual histone methyltransferase that catalyzes bothH3K9me3 and H3K27me3 in vitro and in vivo. Genome-wide analyses show thatscnRNA-mediated H3K9me3 and H3K27me3 deposition is necessary for theelimination of long, repeated germline DNA. Conversely, single copy IESs displaydifferential sensitivity to depletion of scnRNAs and Ezl1, unveiling the existence ofpartially overlapping pathways in programmed DNA elimination. Our study revealsthat cis-acting determinants, such as DNA length, also contribute to the definition ofgermline sequences to delete. We further showed that Ezl1 is required fortranscriptional repression of transposable elements. We suggest that H3K9me3 andH3K27me3 pathways cooperate and contribute to safeguard the Paramecium somaticgenome against intragenomic parasites.

Les ARNs long non codants (ARNlnc) jouent un rôle clé dans les processus cellulaires vitaux, notamment le remodelage de la chromatine, la réparation de l'ADN et la traduction. Cependant, la taille et la complexité des ARNlnc présentent des défis sans précédent pour les études moléculaires mécanistiques, de sorte qu'il s'est avéré difficile jusqu'à présent de relier l'information structurelle à la fonction biologique pour les ARNlnc.Le gène 3 humain exprimé maternellement (de l’anglais "maternally expressed gene 3", MEG3), est un ARNlnc abondant, soumis à empreinte parentale et épissé alternativement. Pendant l'embryogenèse, MEG3 contrôle les protéines Polycomb, régulant la différenciation cellulaire, et dans les cellules adultes, MEG3 contrôle p53, régulant la réponse cellulaire aux stress environnementaux. Dans les cellules cancéreuses, MEG3 est régulé négativement, mais la surexpression ectopique de MEG3 réduit la prolifération incontrôlée, ce qui prouve que MEG3 agit comme un suppresseur de tumeur. Les données suggèrent que les fonctions de MEG3 pourraient être régulées par la structure de MEG3. Par exemple, on pense que MEG3 se lie directement aux protéines p53 et Polycomb. De plus, les différents variants d'épissage de MEG3, qui comprennent différents exons et possèdent ainsi des structures potentiellement différentes, présentent des fonctions différentes. Enfin, la mutagenèse par délétion, basée sur une structure de MEG3 prédit in silico, a permis d’identifier un motif MEG3 supposé structuré impliqué dans l'activation de p53. Cependant, au début de mes travaux, la structure expérimentale de MEG3 était inconnue.Pour comprendre la structure et la fonction de MEG3, j'ai utilisé des sondes chimiques in vitro et in vivo pour déterminer la structure secondaire de deux variants humains de MEG3 qui diffèrent par leurs niveaux d'activation de p53. À l'aide d'essais fonctionnels dans les cellules et de mutagenèse, j'ai systématiquement analysé la structure de MEG3 et identifié le noyau activant p53 dans deux domaines (D2 et D3) qui sont conservés structuralement dans les variants humains et conservés dans l’évolution chez les mammifères. Dans D2-D3, les régions structurales les plus importantes sont les hélices H11 et H27, car dans ces régions, j’ai pu supprimer l'activation de p53 grâce à des mutations ponctuelles, un degré de précision jamais atteint pour les autres ARNlnc jusqu’ici. J'ai découvert de manière surprenante que H11 et H27 sont reliés par des boucles connectées l’une à l’autre (de l’anglais "kissing loops") et j'ai confirmé l'importance fonctionnelle de ces interactions de structure tertiaire à longue distance par mutagenèse compensatoire. Allant au-delà de l’état de l’art, j'ai donc essayé de visualiser la structure 3D d’une isoforme de MEG3 longue de 1595 nucléotides, par diffusion de rayons X à petit angle (SAXS), microscopie électronique (EM) et microscopie à force atomique (AFM). Alors que le SAXS et l’EM sont limités par des défis techniques actuellement insurmontables, l’imagerie par AFM m’a permis d’obtenir la première structure 3D à basse résolution de MEG3 et de révéler son échafaudage tertiaire compact et globulaire. Plus remarquable encore, les mêmes mutations qui perturbent la connexion entre les «boucles» H11-H27 et qui inhibent la fonction de MEG3, perturbent aussi la structure 3D de cet ARNlnc, fournissant ainsi le premier lien direct entre la structure 3D et la fonction biologique pour un ARNlnc.Sur la base de mes découvertes, je peux donc proposer un mécanisme de l’activation de p53 basé sur la structure de MEG3, avec des implications importantes pour la compréhension de la cancérogenèse. Plus généralement, mes travaux prouvent que les relations structure-fonction des ARNlnc peuvent être disséquées avec une grande précision et ouvrent la voie à des études analogues visant à obtenir des informations mécanistes pour de nombreux autres ARNlnc d’importance médicale. / Long non-coding RNAs (lncRNAs) are key players in vital cellular processes, including chromatin remodelling, DNA repair and translation. However, the size and complexity of lncRNAs present unprecedented challenges for mechanistic molecular studies, so that connecting structural information with biological function for lncRNAs has proven difficult so far.Human maternally expressed gene 3 (MEG3) is an abundant, imprinted, alternatively-spliced lncRNA. During embryogenesis MEG3 controls Polycomb proteins, regulating cell differentiation, and in adult cells MEG3 controls p53, regulating the cellular response to environmental stresses. In cancerous cells, MEG3 is downregulated, but ectopic overexpression of MEG3 reduces uncontrolled proliferation, proving that MEG3 acts as a tumour suppressor. Evidence suggests that MEG3 functions may be regulated by the MEG3 structure. For instance, MEG3 is thought to bind p53 and Polycomb proteins directly. Moreover, different MEG3 splice variants, which comprise different exons and thus possess potentially different structures, display different functions. Finally, deletion mutagenesis based on a MEG3 structure predicted in silico identified a putatively-structured MEG3 motif involved in p53 activation. However, at the beginning of my work, the experimental structure of MEG3 was unknown.To understand the MEG3 structure and function, I used chemical probing in vitro and in vivo to determine the secondary structure maps of two human MEG3 variants that differ in their p53 activation levels. Using functional assays in cells and mutagenesis, I systematically scanned the MEG3 structure and identified the p53-activating core in two domains (D2 and D3) that are structurally conserved across human variants and evolutionarily conserved across mammals. In D2-D3, the most important structural regions are helices H11 and H27, because in these regions I could tune p53 activation even by point mutations, a degree of precision never achieved for any other lncRNA to date. I surprisingly discovered that H11 and H27 are connected by “kissing loops”, and I confirmed the functional importance of these long-range tertiary structure interactions by compensatory mutagenesis. Going beyond state-of-the-art, I thus attempted to visualize the 3D structure of a 1595-nucleotide long MEG3 isoform by small angle X-ray scattering (SAXS), electron microscopy (EM), and atomic force microscopy (AFM). While SAXS and EM are limited by currently-insurmountable technical challenges, single particle imaging by AFM allowed me to obtain the first low resolution 3D structure of MEG3 and reveal its compact, globular tertiary scaffold. Most remarkably, functionally-disrupting mutations that break the H11-H27 “kissing loops” disrupt such MEG3 scaffold, providing the first direct connection between 3D structure and biological function for an lncRNA.Based on my discoveries, I can therefore propose a structure-based mechanism for p53 activation by human MEG3, with important implications in understanding carcinogenesis. More broadly, my work serves as proof-of-concept that lncRNA structure-function relationships can be dissected with high precision and opens the field to analogous studies aimed to gain mechanistic insights into many other medically-relevant lncRNAs.

Orientador: Guilherme Targino Valente / Resumo: A levedura Saccharomyces cerevisiae é o microrganismo mais utilizado para a produção de etanol devido a sua alta capacidade fermentativa e resistência aos estresses oriundos desse processo. Entretanto, a própria concentração de etanol é um dos fatores mais limitantes no processo de produção desse combustível. Os aspectos da genômica funcional relacionada à tolerância ao etanol são ainda pouco esclarecidos, e nem mesmo se sabe se os lncRNAs tem papel nesse processo. Poucos lncRNAs foram identificados em S. cerevisiae, e nem mesmo se conhece as redes lncRNAs-proteínas nessa espécie e nem se podem codificar micropeptídeos. Nesse contexto, este trabalho visa identificar lncRNAs em linhagens de S. cerevisiae com diferentes níveis de tolerância ao etanol. Para isso, foi realizado a montagem dos lncRNAs, predição de ligações lncRNA-proteínas, buscas de micropepetídeos, análises de conservação genômica, estrutural e funcional dos lncRNAs, avaliação da influência do lncRNAs em regular as expressões de seus vizinhos e comparação dos resultados entre linhagens mais e menos tolerantes ao etanol. As análises de enriquecimento ontológico apontam para uma relação próxima entre os lncRNAs e a tolerância ao etanol e uma conservação funcional, embora os dados não reportem nenhuma conservação nem genômica nem estrutural. Além disso, variados tipos de prováveis regulações foram sugeridas, sendo a regulação em trans majoritariamente inversa entre os lncRNAs e seus genes-alvo, diferentemente da ma... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The yeast Saccharomyces cerevisiae is the most used microorganism for ethanol production due to its high fermentative capacity and resistance to different stressors along this process. However, the ethanol concentration is one of the most limiting factors of fuel production. The functional genomics aspects related to the ethanol tolerance are still unclear, and it is not clear if the lncRNAs really have a role in this process. Few lncRNAs were identified in S. cerevisiae, lncRNA-protein networks of this species are still unknown and also if they can code micropeptides. In this context, this thesis aims to identify lncRNAs and evaluate their roles in S. cerevisiae ethanol tolerance. Then, it was performed the assembling of lncRNAs, predictions of lncRNA-protein interactions, searches for potential micropeptides coding-lncRNAs, analysis of genomic, structural and functional conservation of lncRNAs, evaluation of the lncRNAs influence in regulating the expressions of their neighbors, and comparison between strains that are more and less tolerant to the ethanol. Moreover, many putative regulatory pathways were here suggested, being that most trans regulations act on an inversely manner between the expression of the lncRNAs and their target-genes, unlike observed in most of cis regulations. The current literature confirms the lncRNAs functional conservation here observed, and the role of these non-coding molecules as regulators. Finally, here we suggest that lncRNAs are acting to ... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Les rétrovirus endogènes sont des parasites génétiques qui s’insèrent dans l’ADN génomique. Bien que leurs insertions délétères soient éliminées par la sélection naturelle, ils prolifèrent et sont une source de plasticité génomique. L’étude de l’impact de leur mobilité sur le génome hôte est rendue difficile par le faible taux de transposition de ces éléments, réprimés par des petits ARN appelés piARNs. Nous avons développé une approche génétique permettant d’inactiver ce contrôle et de déterminer l’impact sur le génome de la drosophile, d’une transposition réplicative. Nous avons remarqué la mise en place d’autres mécanismes de répression des rétrovirus endogènes lors de la perte des piARNs pouvant ainsi limiter leur propagation. Nous avons aussi identifié de nouveaux sites d’intégrations des rétrovirus endogènes après un cycle de transposition réplicative. Cependant, le taux de transposition reste faible. Ce projet combinant différentes approches (génétique, séquençage à haut débit et bioinformatique) a permis de démontrer que la voie des piARNs n’est pas cruciale pour le maintien de l’intégrité du génome, et que d’autres mécanismes semblent intervenir afin de maintenir sa stabilité. / Endogenous retrovirsuses are genetic parasites which are inserted in the genomic DNA. Although their deleterious insertions are eliminated by natural selection, they proliferate and are a source of genomic plasticity. The study of the impact of their mobility on the host genome is made difficult by the transposition’s low rate of these elements, suppressed by a class of small RNA, called piRNA. We have developed a genetic approach to inactivate this control and determine the impact on Drosophila’s genome, after one replicative transposition. We noticed the establishment of other endogenous retroviruses repression mechanisms that are awakened after the loss of the piRNA and they are able to limit their spread. We identified new integrations sites of endogenous retrovirus after one replicative transposition. But we noticed that the transposition rate still low. This project combines different approaches (genetics, high-throughput sequencing and bioinformatics) and show the piRNA pathway is not essential to maintain genome integrity but other mechanisms involving small RNA can be implicated in the genome stability.

A visao sobre o dogma central da biologia molecular passou por aperfeicoamentos na virada deste seculo. Muito se deve ao interesse por pesquisas feitas para compreensao do que ate entao eram regioes do genoma conhecidas como DNA Lixo. Neste contexto, projetos de transcriptoma, avancos em tecnologias de sequenciamento, bem como analises em bioinformatica, contribuiram para elucidar o que estava sendo transcrito. Tais regioes foram denominadas como RNAs nao-codificadores ou non-coding RNA (ncRNA) que eram transcritas, mas nao traduzidas em proteinas. Apesar da quantidade de metodos para o estudo in silico dos ncRNAs, existem lacunas a serem preenchidas nas pesquisas desta molecula, tais como: metodos de anotacao em geral, caracterizacao de novas classes e mecanismos alternativos de busca por similaridade de sequencia primaria. Alem disso, nao se havia uma ferramenta que reunisse num unico local as informacoes dos bancos de dados publicos de ncRNA disponiveis. Neste trabalho, buscou-se preencher tais lacunas, contribuindo para o desenvolvimento de metodos computacionais nas pesquisas em ncRNAs. Foram utilizados os genomas de Hymenoptera e Diptera como sistema biologico para aplicar e testar os metodos desenvolvidos. / The classical vision of the central dogma of molecular biology was not changes dramatic until the end of the 20th century. At this time the scientific communities were interesting to understand what have in the regions of the genome known as \"Junk DNA\". Transcriptome projects together with sequencing Technologies anda bioinformatics analysis help to elucidate that this transcripts were regions that do not coding proteins and maybe has function. These transcripts are called non-coding RNA (ncRNA). Although there are a lot of computational approaches to the in silico research of ncRNA, there is a gap of research about this molecule such: approaches to the general annotation of ncRNA; identification of new classes of ncRNA; and alternatives search mechanisms of ncRNA. Besides that, there are not any central repository of public non-coding RNA databases that could help search for the information about it. In this report, we fill this gap. We tried to contributing to the development of computational methods in research on ncRNAs. We also used the Hymenoptera and Diptera genomes as a biological system to apply and test our developed approaches.

Los viroides, los agentes infecciosos más simples de la escala biológica, están constituidos por una molécula circular de RNA monocatenario de aproximadamente 250-400 nucleótios (nt) que no codifica proteína alguna. A pesar de esta simplicidad estructural, los viroides son capaces de replicarse autónomamente, moverse sistémicamente y en muchos casos causar enfermedades en sus plantas huéspedes. Las infecciones producidas por viroides representativos generan la acumulación de pequeños RNAs viroidales (vd-sRNAs) de 21-24 nt con características similares a los pequeños RNA interferentes (siRNAs), la huella dactilar del silenciamiento mediado por RNA. La identificación de los vd-sRNAs implica que los viroides son diana de la primera barrera de silenciamiento mediado por RNA, formada por las RNasas ‘Dicer-like’ (DCLs). Para examinar si los vd-sRNAs se unen a las proteínas AGOs —el componente clave del complejo RISC (‘RNAinduced silencing complex’) que constituye la segunda barrera del silenciamiento mediado por RNA— hojas de Nicotiana benthamiana infectadas por el viroide del tubérculo fusiforme de la patata (PSTVd) se agroinfiltraron con nueve de las diez proteínas AGOs de Arabidopsis thaliana. Inmunoprecipitaciones a partir de los halos agroinfiltrados y análisis ‘Western-’ y ‘Northern-blot’ han mostrado que todas las AGOs se expresaron y, a excepción de AGO6, AGO7 y AGO10, unieron vd-sRNAs: AGO1, AGO2 y AGO3 los de 21 y 22 nt, mientras que AGO4, AGO5 y AGO9 también mostraron afinidad por los de 24 nt. La secuenciación masiva mostró que las AGO1, AGO2, AGO4 y AGO5 agroexpresadas unen los PSTVd-sRNAs en función de su tamaño y nucleótido 5’-terminal, y que los perfiles de los correspondientes vd-sRNAs cargados en las AGOs adoptan una distribución específica a lo largo del genoma viroidal. La agroexpresión de AGO1, AGO2, AGO4 y AGO5 en hojas de N. benthamiana infectadas con PSTVd atenuó la acumulación de los RNAs genómico viroidales, indicando que éstos, o sus precursores, también son diana de RISC. En contraste con los ribovirus, la infección de PSTVd en N. benthamiana no afectó de forma significativa la regulación mediada por miR168 de la AGO1 endógena, que carga vd-sRNAs con especificidad similar a su homóloga de A. thaliana. Mientras se conoce bien la biogénesis de los RNA viroidales, su degradación está restringida a algunos datos que implican al silenciamiento mediado por RNA. En el curso de nuestros estudios sobre el PSTVd, hemos observado consistentemente un patrón de 6-7 RNAs subgénomicos (sgRNAs) de polaridad (+) que aparecen junto con los RNAs monoméricos circulares y lineares en berenjena, un huésped experimental de este viroide. Hibridaciones ‘Northern-blot’ con sondas de tamaño parcial y completo, mostraron que los sgRNAs (+) de PSTVd derivan de diferentes regiones del RNA genómico y que algunos son parcialmente solapantes. Parte de los sgRNAs (+) de PSTVd se observaron también en N. benthamiana y tomate, donde han pasado desapercibidos a causa de su menor acumulación. El análisis por extensión de cebador de sgRNAs (+) de PSTVd representativos excluye que sean productos de terminaciones prematuras de la transcripción, pues carecen del extremo 5’ común que cabría esperar si ésta empezara en una posición específica. Ulteriores análisis mediante 5’- y 3’-RACE indican que los sgRNAs (+) de PSTVd tienen extremos 5’-OH y 3’-P, que probablemente resultan de cortes endonucleolíticos de precursores más largos catalizados por RNasas típicas que generan este tipo de extremos. Análisis de sgRNA (-) de PSTVd, que también se acumulan en berenjena infectada, mostraron que presentan características estructurales muy similares a los sgRNA (+). Nuestros resultados proporcionan una nueva visión de cómo ocurre la degradación in vivo de los RNAs viroidales, posiblemente durante su replicación, y sugieren que síntesis y degradación de las cadenas de PSTVd están conectadas, como se ha observado en los mRNAs. / Minoia, S. (2015). Degradación in vivo de un viroide de replicación nuclear: rutas catalizadas por proteínas Argonauta cargadas con pequeños RNAs viroidales y por otras ribonucleasas que generan RNAs subgenómicos [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/48553 / TESIS

Le dogme central de la biologie repose sur la production de protéines à partir de notre ADN. L’ADN est d’abord transcrit en ARN et celui-ci est ensuite traduit en protéine. C’est donc en cette dernière qu’est localisé le “pouvoir exécutif” de la cellule, ce qui explique le fait que les protéines soient devenues le centre d’attention de la recherche. L’ARN, quant à lui, est donc depuis longtemps considéré comme une molécule intermédiaire, dont l’unique raison d’être est le transfert d’information entre l’ADN et les protéines. Pourtant, ces dernières années, les avancées technologiques ont révélé qu’une majeure partie de notre génome, notre ADN, est transcrit en ARNs dits « noncodants » ne donnant pas lieu à une protéine. Ceux-ci sont impliqués dans de nombreux processus cellulaires et de ce fait participent aux pathologies. D’autre part, de nouvelles technologies ont aussi mené à l’observation que le métabolisme des ARNs, codants ou non, est la cible de nouveaux mécanismes de régulation: les modifications chimiques des ribonucléosides. Analysées de manière conjointe, ces découvertes poussent à la révision du rôle des ARNs au sein des processus cellulaires. Dès lors, dans le cadre de cette thèse nous avons voulu mieux comprendre la fonction et la régulation des molécules d’ARN afin d’en révéler le rôle plus central qu’ils jouent dans les processus cellulaire et en particulier, la cancérogenèse. Pour ce faire cette thèse comporte deux parties, la première décrit comment certains ARNs, dit “longs ARNs non-codants” participent au développement et à l’hétérogénéité du cancer colorectal. En effet ces ARNs exercent des fonctions “exécutives” sans être la source d’une protéine. Nous avons identifié 282 long ARNs non-codants dont les profils d’expression reflètent les différentes caractéristiques rencontrées au travers des différents sous-types de tumeurs colorectales. De plus, nos analyses informatiques ont indiqué que ces ARNs font partie intégrante des réseaux de signalisations les plus importants et les plus souvent dérégulés dans les différents sous-types que présente ce cancer. Enfin, et ce via des expériences in vitro nous soutenons la validité de nos analyses informatiques en confirmant le rôle de lncBLID-5, un long ARN non-codant, dans la régulation du cycle cellulaire et de la transition épithéliale vers mésenchymale un processus cellulaire très important dans les cancers colorectaux. Dans la deuxième partie nous avons étudié la méthylation des cytosines de l’ARN, une modification très récemment identifiée. Nous avons découvert que la protéine SRSF2, un facteur général de l’épissage des ARNs, est capable de se lier aux cytosines méthylées et ce plus fortement qu’aux cytosines non-méthylées. Enfin, nous montrons que la mutation P95H de SRSF2, très fréquente chez les patients atteints de leucémie, empêche SRSF2 de favoriser sa liaison aux cytosines méthylées laissant entrevoir de nouvelles explications à l’épissage défectueux conduisant à ce type de cancer. En conclusion nos travaux apportent de nouvelles informations quant à l’implication et la régulation des ARNs codants et non-codants dans le cadre du cancer. Ces résultats devraient nous mener à revoir le rôle qu’occupe l’ARN au sein des processus cellulaires sains ainsi que pathologiques, ouvrant la porte sur une nouvelle dimension de cibles diagnostiques et thérapeutiques. / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques (Médecine) / info:eu-repo/semantics/nonPublished

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