In Schizosaccharomyces pombe, the MAPK pathway Sty1 is activated upon several stress situations, like osmotic and oxidative stress, stationary phase, UV radiation or heat shock. Since the modulation of gene expression is one of the main outputs of this response, we focused this Thesis work on the charactherization of the transcription regulation by the activation of the Sty1 pathway and through the transcription factors Atf1 and Pcr1. Moreover, we extend our field of interest investigating how stress–related chromatin remodelers are affecting the stress defence transcription of the cells. / En Schizosaccharomyces pombe, la vía de la MAPK Sty1 es activada ante diferentes situaciones de estrés, como son el estrés oxidativo u osmótico, fase estacionaria, radiación UV o choque de calor. Al ser la modulación de la expresión génica uno de los más importantes objetivos de esta respuesta, hemos focalizado el trabajo de esta Tesis doctoral en la caracterización de la regulación transcripcional mediada por la activación de la ruta de Sty1 y los factores de transcripción Atf1 y Pcr1. Además, hemos ampliado nuestra área de interés investigando el papel de remodeladores de cromatina relacionados con la respuesta a estrés y cómo a participan en la transcripción estrés-dependiente.

En la levadura S. cerevisiae, un incremento de la osmolaridad extracelular activa la vía de Hog1, lo que produce una compleja respuesta adaptativa. Entre las respuestas adaptativas que Hog1 coordina, está un importante cambio en el partón de expresión génica. La tesis presentada se centra en la respuesta a nivel de regulación génica, y en ella se ponen de manifiesto nuevos mecanismos por los cuales Hog1 regula la transcripción para inducir genes necesarios para la adaptación celular en respuesta a estrés osmótico. Este trabajo demuestra que Hog1 controla la iniciación y la elongación de la transcripción, interacciona con la RNA polimerasa elongando, y es reclutado en toda la región codificante de los genes que se inducen por estrés osmótico a traves del 3'UTR. Asimismo, Hog1 recluta el complejo remodelador de cromatina RSC para promover un dramático cambio en el posicionamiento de nucleosomas, permitiendo una correcta inducción de la expresión génica. / In the yeast S.cerevisiae, an increase in extra cellular osmolarity activates the Hog1 Pathway, which produces a very complex adaptive response. Among these adaptive responses coordinated by Hog1, there is an important change in the gene expression pattern. The presented Thesis focuses on the response triggered at the genomic level, showing novel mechanisms by which Hog1 regulates transcription to efficiently and properly induce a subset of genes critical for the cellular adaptation to osmotic stress. This work demonstrates that Hog1 promotes and regulates transcription not only at the initiation level, as was previously described, but it also interacts with the RNA Polymerase while elongating, and travels along the coding regions of genes induced upon osmotic stress through recognition of the 3'UTR. Furthermore, Hog1 recruits a chromatin-remodeling complex known as RSC to promote a dramatic change in nucleosome positioning of target genes, allowing a proper induction of the transcription

Regulation of transcription by Stress Activated Protein Kinases (SAPKs) is an essential aspect for adaptation to extracellular stimuli. In mammals, the activation of the p38 SAPK results in the regulation of gene expression through the direct phosphorylation of several transcription factors. However, how p38 SAPK regulates the proper gene expression program of adaptation to stress as well as the basic mechanisms used by the SAPK remains uncharacterized. The results displayed in this manuscript show that the p38 SAPK plays a central role in the regulation of gene expression upon stress, as up to 80% of the upregulated genes are p38 SAPK dependent. Moreover, we also observed that a specific set of genes were upregulated in response to each specific stimuli, and just a small set of genes were commonly up-regulated by several stresses, which involves mainly transcription factors. In addition, we observed that, to proper regulate gene transcription, the p38 SAPK is recruited to stress-induced promoters via its interaction with transcription factors. Additionally, p38 activity allows the recruitment of RNA polymerase II and the MAPKK MKK6 to stress-responsive promoters. The presence of active p38 SAPK at open reading frames also suggests the involvement of the SAPK in elongation. Altogether, the results showed in this manuscript establish the p38 SAPK as an essential regulator in the transcriptional response to stress, as well as define new roles for p38 in the regulation of transcription in response to stress. / La regulación de la transcripción por las Proteínas Quinasas activadas por Estrés (SAPKs) es un aspecto esencial para la adaptación a los estímulos extracelulares. En mamíferos, la activación de la SAPK p38 da lugar a la regulación de la expresión génica a través de la fosforilación de varios factores de transcripción. Sin embargo, cómo p38 SAPK regula el programa de expresión génica de adaptación al estrés así como los mecanismos utilizados por la SAPK permanece sin caracterizar. Los resultados presentados en este manuscrito muestran que p38 SAPK juega un rol central en la regulación de la expresión génica en respuesta a estrés, ya que hasta el 80% de los genes inducidos son dependientes de p38 SAPK. También observamos que en respuesta a cada tipo de estrés se induce un grupo de genes específicos, y sólo hay una pequeña respuesta de genes comunes a los diferentes tipos de estrés la cual engloba principalmente factores de transcripción. Además, hemos observado que para regular la transcripción, p38 se recluta a los promotores de respuesta a estrés a través de su interacción con factores de transcripción. Asimismo, la actividad de p38 permite el reclutamiento de la RNA Polimerasa II y de la MAPKK MKK6 a los promotores inducidos por estrés. La presencia de p38 activa en las regiones codificantes sugiere su participación durante la elongación. En conjunto, los resultados mostrados en este manuscrito establecen a p38 como un regulador esencial de la transcripción en respuesta a estrés, así como definen nuevas funciones de p38 en la regulación de la transcripción en respuesta a estrés.

PolyHistidine repeats and DYRK1A: from the localization to the functionEl principal objectiu d'aquesta tesi ha estat el d'esbrinar noves funcions de la proteína quinasa DYRK1A en el nucli cel.lular. Donat que el domini de repetició d'histidines de DYRK1A dirigeix la proteína al compartiment d'speckles nuclears, aquesta propietat ha estat utilitzada per adreçar aquesta pregunta. Els resultats obtinguts en aquesta tesi han permès proposar els homopolímers d'histidina com una nova i general senyal de localització a speckles nuclears. Proteïnes amb segments de polihistidines, la majoria d'elles factors de transcripció, mostren un comportament intranuclear dinàmic, compatible amb un model en el quèl diferents dominis d'interacció competeixen entre ells pel reclutament de la proteína a diferents subcompartiments nuclears. El mecanisme molecular que media l'acumulació a speckles de les proteïnes amb polihistines s'ha estudiat utilitzant DYRK1A com a model. Els resultats obtinguts exclouen la unió a l'RNA com a mecanisme de reclutament i concloure que, aquest, ocorre mitjançant la interacció amb proteïnes residents. S'han identificat dues noves proteïnes interactores per a DYRK1A, l'RNA polimerasa II i el factor de transcripció Brn-3b. La fosforilació de DYRK1A sobre el domini C-terminal o CTD de l'RNA polimerasa II suggereix una funció directa de la quinasa en el procés de transcripció o del seu acoblament al processament d'RNAs missatgers. La fosforilació de DYRK1A sobre el domini d'activació de Brn-3b sembla regular positivament l'activitat transcripcional d'aquest factor. Aquests resultats indiquen una funció activa de DYRK1A en la regulació de la transcripció gènica, tant directament sobre la maquinària transcripcional com indirectament, modulant l'activitat de factors de transcripció. PolyHistidine repeats and DYRK1A: from the localization to the functionThe main objective of this thesis work has been to identify new roles for the protein kinase DYRK1A in the cell nucleus. Given that a histidine repeat in DYRK1A targets the protein to the nuclear speckle compartment, this property has been used as a tool to approach the question. The results obtained in this thesis work have allowed proposing homopolymeric histidine runs as a novel and general nuclear speckle-directing signal. Proteins with polyHistidine segments, mostly transcription factors, present a dynamic intranuclear behaviour compatible with a model in which distinct interacting domains compete for recruiting elements within the nucleus. The molecular mechanisms that mediate speckle accumulation have been studied in DYRK1A as a model system. The results allow excluding RNA binding as the recruiting mechanism and concluding that targeting is mediated by interaction with speckle-resident proteins. Two novel DYRK1A interactors have been identified during the study, the RNA polymerase II and the transcription factor Brn-3b. DYRK1A phosphorylation of the C-terminal domain or CTD of the RNA polymerase II suggests a direct role of DYRK1A on transcription or coupling of transcription with RNA processing. DYRK1A phosphorylation of Brn-3b within its activation domain seems to positively regulate Brn-3b transcriptional activity. These results confirm an active role for DYRK1A in gene transcription regulation both direct on the transcriptional machinery and indirect by modulating the activity of transcription factors.

En el llevat Saccharomyces cerevisiae els canvis en les condicions osmòtiques del medi extracel.lular són sensades per la MAP cinasa Hog1, la qual permet dur a terme l'adaptació cel.lular mitjançant la modulació de l'expressió gènica, de la traducció i de la progressió del cicle cel.lular. A l'inici d'aquest projecte de tesi, els mecanismes pels quals Hog1 controla l'expressió gènica no eren del tot coneguts. El nostre objectiu va ser caracteritzar el mecanisme molecular pel qual Hog1 modula la transcripció en resposta a estrès osmòtic. Hem aconseguit demostrar que el reclutament de Hog1 als promotors sensibles a estrès osmòtic per part del factor de transcripció és essencial per al reclutament i activació de la RNA polimerasa II, mecanisme que podria estar conservat en les cèl.lules eucariotes. També hem identificat noves activitats remodeladores de cromatina implicades en la resposta gènica a osmoestrès mediada per Hog1. Vàrem realitzar un cribatge genètic per identificar mutacions que provoquessin osmosensibilitat i una reducció en l'expressió de gens de resposta a estrès osmòtic. Aquest cribatge ens va permetre identificar nous reguladors de la transcripció mediada per osmoestrès: la histona deacetilasa Rpd3 i els complexes SAGA i mediador. Els nostres resultats permeten, doncs, definir un important paper per a Rpd3, SAGA i mediador en la inducció gènica mediada per Hog1, i han estat importants per assolir una millor visió de com les cinases activades per estrès regulen la iniciació de la transcripció. / In Saccharomyces cerevisiae, changes in the extracellular osmotic conditions are sensed by the HOG MAPK pathway, which elicits the program for cell adaptation, including modulation of gene expression, translation and cell-cycle progression. At the beginning of this PhD Project, the mechanisms by which Hog1 was controlling gene transcription were not completely understood. Our main objective was to characterize the molecular mechanisms by which the Hog1 MAPK modulates transcription upon osmostress. We have shown that anchoring of Hog1 to osmoresponsive promoters by the transcription factor is essential for recruitment and activation of RNA polymerase II, a mechanism that might be conserved among eukaryotic cells. In addition, we identified novel chromatin modifying and remodelling activities involved in the Hog1-mediated osmostress gene expression. We performed a genome-wide genetic screening searching for mutations that render cells osmosensitive and displayed reduced expression of osmoresponsive genes. Rpd3 histone deacetylase, SAGA and Mediator complexes were identified as novel regulators of osmostress-mediated transcription. Thus, our results define a major role for Rpd3, SAGA and Mediator in the Hog1-mediated osmostress gene induction, and have been important to achieve a better view of how a SAPK regulates transcription initiation.