El desenvolupament post-embrionàri dels insectes està controlat per dos hormones, les esteroidals i l’hormona juvenil (HJ). La 20-hidroxiecdisona (20E), és la principal hormona esteroidal dels insectes, indueix i controla el procés de la muda. En canvi, l’HJ determina la naturalesa d’aquesta muda. En presencia d’HJ, el pic de 20E produeix una muda entre estadis juvenils. En canvi, quan desapareix l’HJ, la 20E indueix una muda a l’estadi adult. A nivell molecular, la 20E actua mitjançant la unió a un heterodímer format per dos membres de la família dels receptors nuclears, el receptor d'ecdisona (EcR) i ultraespiracle (USP). El receptor activat inicia una cascada gènica de resposta a la 20E coneguda com a model d’Ashburner. Els gens activats per la 20E són principalment receptors nuclears, com ara E75, HR3, HR4 i Ftz-F1 i factors de transcripció, E74 o BR-C. Aquest via de senyalització ha estat àmpliament estudiada en insectes holometàbols com D.melanogaster, pel contrari, la caracterització dels mecanismes moleculars d'acció dels ecdisteroides en els insectes hemimetàbols, o de desenvolupament directe, és pràcticament inexistent. La caracterització de la funció i mecanismes d’acció d’aquestes hormones en insectes hemimetàbols permetrà entendre els canvis que s’han produït en aquestes vies que han permès l’evolució fins a una metamorfosi completa. La panerola Blattella germanica s'utilitza com a model per estudiar el desenvolupament, hemimetàbol. Prèviament, i amb l'objectiu d'estudiar la cascada gènica de resposta a la 20E a B. germanica, s'han clonat i caracteritzat els dos membres del receptor de la 20E en aquest insecte (BgEcR-A i BgRXR) i els receptors nuclears BgE75, BgHR3, BgHR4 i BgFTZ-F1 i el factor de transcripció Br-C. Gràcies al silenciament de l'expressió gènica mitjançant RNAi in vivo s'han pogut estudiar les funcions d'aquests gens, i s'ha demostrat l’existència d’un eix gènic que regula els processos controlats per la 20E. En la present tesi doctoral s’ha clonat i caracteritzat l’últim gens primerenc que manca a B.germanica, el factor de transcripció E74. A més, també s’ha clonat i caracteritzat Seven Up, un receptor nuclear que regula la via de senyalització de la 20E en insectes holometàbols. Així, s’ha clonat dos isoformes d’E74 anomenades BgE74A i BgE74B i s’ha demostrat que són necessàries per tal que es produeixi correctament l’ècdisi. La interferència d’aquest factor durant la darrera fase nimfal produeix problemes greus en el desplegament de les ales i tegmines, en la integritat de les quetes i en les estructures d’adhesió i afecta el procés de pigmentació. L’enzim dopa decarboxilasa (BgDdc) està implicat en pigmentació i la seva interferència durant la sisena fase nimfal fa que emergeixin adults amb pigmentació més clara. BgE74 és necessari perquè BgDdc s’expressi correctament. S’han clonat dos isoformes del receptor nuclear Seven up: BgSvpA i BgSvpB. Les seves funcions no són redundants. BgSvpB regula la síntesi d’HJ en els corpora allata durant l’estadi adult de B.germanica a traves de la regulació de dos gens claus de la via, BgHMG-S i BgHMG-R. A més, BgSvpB és necessari per al desenvolupament dels corpora allata durant la darrera fase nimfal. La interferència del receptor nuclear produeix una clara disminució en la divisió cel•lular dels corpora allata durant la darrera fase nimfal. Aquestes dues funcions de BgSvpB s’ha demostrat que són independents. / In insects, post-embryonic development is under the control of ecdysteroids and juvenile hormones. At the molecular level, 20-hydroxyecdysone (20E) acts through binding to its receptor, a heterodimer of the ecdysone receptor (EcR) and Ultraspiracle (USP). Both proteins belong to the nuclear receptor family. Once 20E binds to its receptor, activates a subset of genes that mediate and amplify the hormonal response. The mechanism of action of ecdysteroids in hemimetabolan insects is poorly understood. To study at the molecular level the 20E response, the Ecdysone receptor (BgEcR-BgRXR), and the nuclear receptors, BgHR3, BgFTZ-F1, BgHR4 and E75A-D of the hemimetabolan insect Blattella germanica have been cloned and characterized using RNAi in vivo. Here, first we report the cloning of two isoforms of E74 from the hemimetabolous direct developing insect Blattella germanica, namely BgE74A and BgE74B. Although BgE74 knockdown nymphs ecdysed properly into adults, they all showed clear deficiencies in the extension of the fore- and hindwings, as well as malformations in their leg bristles and locomotor structures. In addition to the described morphological abnormalities, all BgE74 knockdown nymphs that molted into adults presented defects in the cuticle pigmentation. The expression of BgDdc, an enzyme involved in insect cuticle pigmentation, was reduced in the BgE74 knockdowns. Secondly, we have cloned and characterized two isoforms of Seven-up, another nuclear receptor involved in 20E response in Drosophila, and named them BgSvpA and BgSvpB. Surprisingly, using RNAi in vivo we show that BgSvpB is not related with 20E action but is necessary to produce juvenile hormone (JH) in the corpora allata during the adult stage, through the regulation of two key enzims of JH biosynthesis, BgHMG-S and BgHMG-R. Moreover, BgSvpB is required for cell proliferation of the corpora allata during nymphal development.

En los insectos, las diferentes transiciones que se producen a lo largo del desarrollo, tanto embrionario como post-embrionario, se encuentran reguladas por pulsos de ecdisteroides, en particular por la 20 hidroxiecdisona (20E). Esta señal se transduce mediante factores de transcripción de la família de los receptores nucleares, en concreto, la 20E se une al heterodímero formado por el receptor de la ecdisona (EcR) y el producto del gen ultraespiraculo (USP) y, una vez unida, activa una pequeña serie de genes tempranos, que, a su vez, amplifican esta señal mediante la inducción de los denominados genes tardíos que controlan la respuesta biológica a la hormona. Dentro de esta cascada génica, cabe destacar el eje funcional formado por los receptores nucleares EcR-HR3-FTZ F1 el cual interviene en la coordinación de las mudas larvarias, así como en el inicio de la metamorfosis en Drosophila melanogaster. Es importante subrayar que no se conoce si la jerarquía de factores nucleares inducidos por la 20E también existe y opera en insectos más primitivos con un desarrollo hemimetábolo como es nuestro insecto modelo Blattella germanica. En la presente tesis doctoral iniciamos la caracterización del eje funcional EcR-HR3-FTZ F1 en el dictióptero Blattella germanica. Así pues, hemos llevado a cabo el clonaje de los ortólogos de los receptores nucleares HR3 y FTZ-F1 en B. germanica obteniendo tres isoformas de HR3 (BgHR3 A, BgHR3 B1 y BgHR3 B2) y dos de FTZ F1 (BgFTZ F1A y BgFTZ F1B). Hemos caracterizado los patrones de expresión de estos transcritos y del receptor de la ecdisona (BgEcR A), que se había clonado previamente en nuestro laboratorio, en las dos últimas fases ninfales así como durante la embriogénesis de B. germanica. Además, analizamos el papel regulador que estos receptores nucleares desempeñan durante el desarrollo ninfal de B. germanica, y especialmente en el proceso de la muda. Para ello, hemos utilizado la técnica del RNA de interferencia (RNAi) in vivo mediada por la inyección intraabdominal de RNAs de doble cadena (dsRNA) de cada uno de los genes a estudiar. Cuando estos dsRNAs eran inyectados en hembras recién emergidas a sexto estadio ninfal, la mayoría de las ninfas interferidas no eran capaces de completar la écdisis y morían transcurridas 24-48 h. El análisis fenotípico de estos individuos mostró que presentaban duplicación de las estructuras de origen ectodérmico y que presentaban alteraciones en los niveles de ecdisteroides hemolinfáticos. No obstante, un cierto porcentaje de las ninfas tratadas con dsBgEcR A y dsBgFTZ F1 eran capaces de completar la muda imaginal, esto nos permitió estudiar procesos que se ven afectados por estos dos factores de transcripción durante la vida adulta. Los individuos interferidos con dsBgEcR A que mudaban a adulto presentaban claros defectos en la extensión de los dos pares de alas, por su parte, las ninfas tratadas con dsBgFTZ F1 también presentaban alas mal posicionadas, aunque correctamente extendidas. El segundo fenotipo observado en todos los individuos tratados con dsBgEcR A y dsBgFTZ F1 que mudaban a adulto es que la glándula protorácica no degeneraba. Ampliamos el análisis funcional de cada uno de los receptores nucleares que estamos analizando, BgEcR A, BgHR3 y BgFTZ F1 al periodo embrionario de B. germanica. El análisis de los embriones interferidos para BgEcR A y BgFTZ F1 mostró que estos individuos progresaron hasta las 48 h de desarrollo embrionario, presentando, sin embargo, considerables malformaciones que impidieron su posterior desarrollo. Mientras que aquellos que eran silenciados para BgHR3, que fueron capaces de progresar hasta las 96 h de desarrollo, presentaron defectos en el desarrollo de la región cefálica, desde un nivel poco severo en el que únicamente se apreció una cierta reducción o pérdida de los lóbulos cefálicos hasta embriones que presentaban la pérdida de todos los segmentos cefálicos. / Ecdysteroids control molting in insects. The active form of ecdysteroids, 20 hydroxyecdisone (20E), exerts its function through the activation of a small set of transcription factors. In turn, these genes induce the expression of a larger set of other genes that control the biological response to the hormone. The orphan nuclear receptors EcR, HR3 and FTZ F1 have been shown to act as crucial members of the 20E-regulatory hierarchy in coordinating molting in the holometabolous insects Drosophila melanogaster and Manduca sexta. However, little is known on the role of these factors on primitive insects. Here, we report the cloning and characterization of BgHR3 and BgFTZ F1 in the hemimetabolous species Blattella germanica. Moreover, we use in vivo RNAi mediated by double-strand RNA (dsRNA) treatment to define BgEcR A, BgHR3 and BgFTZ F1 functions during molting in B. germanica. When dsRNAs were injected at the beginning of the last larval instar, treated larvae had normal appearance and movements until the end of the instar. However, by the molting time most of them did not molt, became motionless and became arrested. Phenotypic analysis reveal that treated specimens had two pairs of mouth appendages, double tubular tracheae and produce a new cuticle. Moreover, the dsBgHR3-treated animals have higher ecdysteroids levels, whereas those of dsBgEcR A and dsBgFTZ F1-treated are lower than controls. Some of the nymphs treated with dsBgEcR A and dsBgFTZ F1 progressed through a complete molting. Interestingly, these knockdowns showed defects in wing extension and the prothoracic gland did not degenerated. Also, we have studied BgEcR A, BgHR3 and BgFTZ F1 functions during B. germanica embryogenesis. Using RNAi parental we found that dsBgEcR-A and dsBgFTZ-F1 treated animals progress up to the 12% of development and resulted in germ bands showing severe phenotypes. While, those interfered with dsBgHR3 could progress up to the 25% of development but they shown defects in the cephalic regions which ranged in severity from reduction or loss of cephalic lobes to the complete loss of the cephalic segments.

In marine teleosts that spawn pelagic eggs (pelagophils), the process of oocyte hydration that occurs during meiosis resumption is a key physiological process for the survival of the eggs in the ocean. Previous studies have discovered the role of a teleost-specific aquaporin water channel (Aqp1b) during fish oocyte hydration, but direct experimental evidence for the function of Aqp1b in oocytes is still lacking. In addition, the molecular regulation of the Aqp1b-mediated mechanism remains poorly understood. In this context, the main objectives of the present thesis were to investigate the evolutionary origin of aqp1ab in teleosts, to provide functional evidence of the role of Aqp1b during oocyte hydration, and to begin to dissect the molecular mechanisms involved in the transcriptional regulation of aqp1b in the oocyte of marine teleosts. By integrating the molecular phylogeny with synteny and structural analyses we show that the teleost aqp1aa and -1ab paralogs (previously annotated as aqp1a and -1b, respectively) arose by tandem duplication, and that the Aqp1ab C-terminus is the most rapidly evolving subdomain within the vertebrate aquaporin superfamily. The functional role of Aqp1ab was investigated in Atlantic halibut (Hippoglossus hippoglossus), a marine acanthomorph teleost that spawns one of the largest pelagic eggs known. Using immunological inhibition of Aqp1ab in halibut oocytes and artificial expression of the halibut paralog Aqp1aa, we demonstrate that Aqp1ab is required for full hydration of oocytes undergoing meiotic maturation. To investigate the aqp1ab transcriptional regulation in oocytes, we isolated the 5’-flanking region of the gilthead seabream (Sparus aurata) aqp1ab gene which contains regulatory cis-elements for the nuclear progestin receptor (Pgr) and SOX transcription factors. The Pgr, as well as sox3 and -8b transcripts, are co-expressed in seabream oo-gonia, whereas in primary growth oocytes, when aqp1ab mRNA and protein are synthesized, the Pgr is translocated into the nucleus. In contrast, sox9b is highly expressed in more advanced oocytes showing the depletion of aqp1ab transcripts. In the seabream, four different pgr transcript variants are expressed in primary growth ovaries which are generated by alternative pre-mRNA splicing. Seabream wild-type Pgr shows the highest transactivation response to progestins such as 17α,20β-dihydroxy-4-pregnen-3-one (17,20β-P) and 17α,20β,21-trihydroxy-4-pregnen-3-one (17,20β,21-P), whereas two of the N-terminally truncated Pgr isoforms regulate novel nuclear and cytosolic mechanisms of dominant-negative repression of Pgr-mediated transcription. Transactivation assays on the aqp1ab promoter demonstrated that aqp1ab transcription is dependent on wild-type Pgr, with Sox3 and -8b acting synergistically, while Sox9b acts as a repressor. Incubation of primary ovarian explants in vitro with 17,20β-P, followed by chromatin immunoprecipitation, confirmed that 17,20β-P-activated Pgr enhanced aqp1ab promoter activation. The production of 17,20β-P in seabream primary growth ovaries in vivo was consistent with the expression of P450c17-II (Cyp17a2) and 20β-hydroxysteroid dehydrogenase (Cbr1), enzymes needed for progestins synthesis, in granulosa cells associated with primary growth oocytes, and with a high concentration of 17,20β-P. Incubation of primary ovarian explants with recombinant piscine follicle-stimulating hormone (rFsh) in vitro stimulated 17,20β-P synthesis, which was reduced in the presence of Cbr1 inhibitors. The rFsh-mediated production of 17,20β-P correlated with the up-regulation of cyp17a2 and cbr1 transcription, as well as of wild-type pgr mRNA and protein levels. Altogether, these data suggest that aqp1ab transcription in seabream primary growth oocytes is under Fsh regulation through the synthesis of progestins. The results of this thesis show that the Aqp1ab mediated mechanism for oocyte hy-dration is likely conserved in marine teleosts. In addition, the tight transcriptional reg-ulation of Aqp1ab during oogenesis highlights the essential physiological role of this water channel and opens new research avenues for understanding the molecular basis of egg formation in marine fish. / La hidratación de los oocitos de teleósteos marinos que producen huevos pelágicos es clave para la supervivencia de los embriones en el océano. Estudios previos han descu-bierto el papel de una acuaporina específica de teleósteos (Aqp1b) durante este proceso, pero se carece todavía de evidencias experimentales directas, así como información sobre la regulación molecular de la Aqp1ab. En la presente tesis, estudios iniciales con el fletan Atlántico (Hippoglossus hippoglossus) confirman que los parálogos aqp1aa y -1ab de teleósteos han surgido probablemente por duplicación génica en tándem, y han demostrado el papel esencial de la Aqp1ab durante la hidratación del oocito. Para investigar el control transcripcional del gen aqp1ab en los oocitos de la dorada (Sparus aurata) se ha aislado su región promotora, la cual contiene elementos cis-reguladores de unión al receptor nuclear de progestinas (Pgr), como la 17α,20β-dihidroxi-4-pregnen-3-ona (17,20β-P), y factores de transcripción Sox. Estudios de localización subcelular indican que el Pgr aparece en el citoplasma de las oogonias, así como en el núcleo de oocitos en crecimiento primario (pre-vitelogénicos) coincidiendo con la activación de la expresión de aqp1ab. En este estadio también se expresan cuatro isoformas diferentes del Pgr, dos de las cuales pueden inhibir la transcripción mediada por el Pgr de forma dominante negativa. Las oogonias también expresan sox3 y -8b, mientras que el sox9b aparece en el estadio de alveolo cortical, cuando se reduce la expresión de aqp1ab. Ex-perimentos de transactivación indican que el Pgr activa la transcripción de aqp1ab, con Sox3 y -8b actuando de forma sinérgica, mientras que el Sox9b reprime este mecanismo. El papel del Pgr se ha investigado sobre explantes ováricos pre-vitelogénicos incubados in vitro, lo cual ha demostrado que la 17,20β-P, producida en las células de la granulosa en respuesta a la hormona folículo estimulante, activa el promotor de aqp1ab en el oocito induciendo la síntesis de Aqp1ab. Los resultados de esta tesis revelan por primera vez una estricta regulación transcripcional del gen aqp1ab durante la oogénesis de teleósteos marinos, lo cual remarca la función fisiológica esencial de este canal de agua durante la formación de los huevos pelágicos.