En aquest treball hem aprofundit en l'estudi del factor de transcripció GAGA de Drosophila melanogaster, codificat pel gen Trithorax-like (Trl). GAGA s'uneix al DNA per seqüències de tipus d(GA)n, presents a moltes regions reguladores. Ja inicialment es va comprovar que és un factor essencial, que activa multitud de gens. Tot i així, també s'ha vist que reprimeix l'expressió del gen que la codifica, Trl. En aquest treball hem fet especial èmfasi en l'estudi d'aquest mecanisme d'autoregulació negativa. A més, també hem realitzat un estudi funcional global de GAGA en cèl·lules, per tal d'identificar els processos en que hi podria participar.Per mitjà d'assajos a sistemes cel·lulars heteròlegs, hem conclòs que l'autoregulació negativa de Trl està conservada entre D. melanogaster i D. virilis, però no així a cèl·lules HeLa humanes, on lluny de reprimir, GAGA activa Trl. Partint de la idea de que ha d'existir algun element a la seqüència del promotor de Trl que determini aquesta autoregulació, hem buscat aquest element emprant diverses estratègies i metodologies. Tot i que no hem aconseguit definir exactament les regions imprescindibles per a la repressió, pels nostres resultats proposem que GAGA actuaria desplaçant a un activador més potent del promotor de Trl, resultant en una davallada de l'activitat transcripcional. Alternativament, també podria ser que existís algun factor repressor que actués juntament amb GAGA per a reprimir Trl. En aquest sentit, hem analitzat la contribució d'altres factors de transcripció al mecanisme de repressió. D'aquests, només dCtBP ha mostrat una certa activitat repressora de Trl, encara que probablement per un mecanisme independent de GAGA. D'altra banda, hem analitzat la contribució de les diferents regions de GAGA al mecanisme de repressió, determinant que el domini d'unió al DNA, tot i que imprescindible, no és suficient per a que es doni la repressió, ja que la correcta disposició nuclear i per tant, també l'activitat de GAGA, depenen en part de la regió X. Posteriorment, vàrem passar a validar els resultats en un sistema de mosques transgèniques, concloent que la repressió de Trl per GAGA es dóna igualment, de forma independent de teixit i d'estadi de desenvolupament. A més, emprant RT-PCR quantitativa hem demostrat que, tant a mosca com a cèl·lules, la sobreexpressió de GAGA es tradueix en una davallada dels mRNAs transcrits a partir de la còpia endògena de Trl, indicant que la repressió és molt probablement a nivell transcripcional.Finalment, hem realitzat un experiment de transcriptòmica global en funció de la sobreexpressió i depleció de GAGA via RNAi. Els resultats obtinguts indiquen clarament que GAGA és un activador en tots els casos excepte, potser, en uns pocs promotors en els que està per veure si ho fa directa o indirectament. A més, qualsevol sobreexpressió de GAGA és extraordinàriament letal per a la mosca, fet que justifica la rellevància de l'autoregulació de Trl in vivo. A més, hem vist que la sobreexpressió de la isoforma GAGA519 comporta una major letalitat que la de GAGA581, indicant un possible camí funcional diferent per a les dues isoformes. / In this work we have gone into the study of the Drosophila melanogaster's GAGA factor in depth. This factor is codified by the Trithorax-like (Trl) gene and it binds to d(GA)n DNA sequences, which are present in many regulatory regions. It is known that GAGA is an essential transcription factor that activates dozens of genes. In spite of this, it has been shown that GAGA factor can repress its own expression. In this work we have studied this negative self-regulation mechanism in detail. Moreover, with the aim to identify the processes in which GAGA factor can participate, a global functional analysis of GAGA in cells has also been performed.Taking advantage of working in heterologous cellular systems, we have concluded that the negative self-regulation of Trl is conserved between D.melanogaster and D.virilis, but not in HeLa human cells where on the contrary GAGA activates Trl. Assuming that it has to be some element in the Trl promoter sequence that should determine this negative regulation, we have made many efforts to find this element with different strategies and methodologies. Even though we have not been able to precisely define the essential regions for the repression, our results suggest that GAGA could be acting by displacing a stronger activator from the Trl promoter that leads to a decrease in transcriptional activation. On the other hand, it could be possible that a repressor factor could work with GAGA to repress Trl. In this direction, we have analyzed the possible contribution of different transcription factors in this repressing mechanism. Only dCtBP has shown some repressing activity but probably due to an independent mechanism not related to GAGA. Apart from that, we have also analyzed the contribution of the different domains of GAGA to the repressing mechanism, determining that the DNA binding domain is necessary but not sufficient to this repression, because the correct nuclear distribution and also the GAGA activity depend in part on the X region. Later on we validated the results in a transgenic fly system, concluding that Trl repression by GAGA exists and it is independent of the tissue and developmental stage. Furthermore, using quantitative RT-PCR we also demonstrate that both in flies and in cells, GAGA over-expression results in a depletion of the mRNA transcripts from the endogenous Trl copy, indicating that repression is probably taking place at transcriptional level.Finally, we have performed a high throughput transcriptome analysis, by over-expressing and also depleting GAGA factor, by using RNAi. The results obtained clearly indicate that GAGA is an activator except in few promoters in which it is still unclear whether it acts in a direct or indirect manner. Besides, any GAGA over-expression is extremely lethal for the fly, and that justifies the great importance of the self-regulation of Trl in vivo. We have also observed that over-expression of GAGA519 isoform results in more lethality than over-expression of GAGA581, indicating a differential way of function for the two isoforms.

Sp1 i Sp3 pertanyen a la família de factors de transcripció Sp que controla la transcripció de gens implicats en gairebé tots els processos cel.lulars. Estudis previs al nostre grup van estudiar la regulació del promotor del gen Sp1 i van demostrar que la transcripció de Sp1 estava regulada principalment de forma positiva per Sp1 i NF-Y, i que Sp3 era capaç de contrarrestar l'activació produïda per Sp1 sobre el seu propi promotor. Donat que la relació Sp1/Sp3 a la cèl·lula és important per a la regulació dels gens diana, en aquest treball ens vam proposar estudiar la regulació del promotor de Sp3.Vam clonar una regió de 546 bp que corresponia al promotor de Sp3 i vam procedir a la seva caracterització. Sp3 presenta múltiples inicis de transcripció localitzats entre les posicions -132 i -70 respecte de l'inici de traducció i la seva màxima activitat promotora es localitza a la regió fins a -281bp respecte de l'inici de traducció. Mitjançant les tècniques de retardament de la movilitat electroforètica (EMSA) i Immunoprecipitació de la Cromatina (ChIP) hem demostrat la unió dels factors Sp1, Sp3, NF-Y, NF-1, c-Myb, B-Myb i c-Jun al promotor de Sp3. D'altra banda hem estudiat l'efecte de la sobreexpressió i la inhibició d'aquestes proteïnes sobre l'activitat d'aquest promotor utilitzant assajos d'activitat luciferasa, i sobre els nivells endògens de mRNA utilitzant RT-Real Time-PCR. Sp3 activa la transcripció del seu propi promotor. El promotor de Sp3 també és activat de forma més potent per Sp1, Sp3 i NF-Y; tot i que NF-1, c-Myb, B-Myb, c-Jun i c-Fos també poden activar aquest promotor. Un altre fet remarcable és que E2F1 es comporta com a repressor del promotor de Sp3. Tots els resultats observats a nivell de l'activitat del promotor es van confirmar amb la mesura dels nivells endogens de mRNA per Sp3.Addicionalment, s'ha estudiat la interacció de Sp1 amb diferents proteïnes implicades en la regulació del cicle cel·lular i s'ha caracteritzat l'efecte de la seva sobreexpressió sobre l'activitat del promotor de Sp1, ja que està regulat per Sp1. Utilitzant un array d'anticossos, es va fer un cribatge de proteïnes que poguessin interaccionar amb Sp1, i algunes d'elles es van confirmar per co-immunoprecipitació. Això ens va permetre demostrar que Sp1 és capaç d'interaccionar amb CDK4, p21, SKP2 i BRCA2. Posteriorment, vam analitzar l'efecte d'aquestes i altres proteïnes que interaccionen amb Sp1 sobre el promotor de Sp1, i vam observar que el promotor de Sp1 és regulat de forma positiva per la sobreexpressió de CDK4, SKP2, BRCA2, Ciclina D1, E2F1/DP1 i Stat3; mentre que és reprimit per la sobreexpressió de p53 i NFB. Per tal d'analitzar si hi havia una correlació entre els efectes sobre el promotor de Sp1 i una alteració dels nivells endogens de Sp1, vam confirmar tots els efectes observats a nivell de l'activitat del promotor tot emprant la tècnica de RT-Real Time-PCR. A més, els efectes sobre el promotor de Sp1 es produeixen mentre aquestes proteïnes estan unides, directa o indirectament, al promotor tal com van demostrar els assajos de ChIP. També vam estudiar l'efecte de la sobreexpressió d'aquestes proteïnes sobre un promotor que només contenia caixes Sp1 i, en general, vam observar efectes equivalents als observats per al promotor de Sp1. La interacció entre Sp1-p21 va ser objecte d'estudi en més detall i vam determinar que l'expressió de p21 en cèl·lules de fibrosarcoma indueix el promotor de Sp1 així com els nivells de mRNA, però, al mateix temps, indueix la degradació de Sp1.Com a conclusió final, hem vist que el procés de transcripció és un mecanisme molt complex que involucra un gran número de factors de transcripció, així com d'altres proteïnes que puguin interaccionar amb aquests factors. / Sp1 and Sp3 belong to the Sp family of transcription factors that controls transcription of genes involved in almost all processes in the cell. We performed a detailed analysis of the promoter region of the Sp3 transcription factor, including the identification of its transcriptional start sites and the putative binding sites for transcription factors. Multiple transcriptional starts sites were located at position sranging from -70 to -132 relative to the translational start of the gene. We defined the minimal promoter region cooresponding to 281 bp relative to the translational start. Along the promoter sequence we demonstrated the binding of Sp1, Sp3, NF-Y, NF-1, c-Myb, B-Myb and c-Jun. Moreover, we studied the effect of the overexpression or knocking down of these factors on the Sp3 promoter activity and the endogenous mRNA levels. Sp3 is positively autoregulated and it is also activated by Sp1, NF-Y, Myb, AP-1 and NF-1. On the contrary, Sp3 transcription is repressed by E2F/DP1 overexpression.Additionally, we studied the interaction of Sp1 with other proteins involved in the cell cycle regulation and we characterized the effect the overexpression of these proteins on the Sp1promoter activity, given that this promoter is regulated by Sp1. Sp1 is able to interact with CDK4, p21, SKP2 and BRCA2. The Sp1 promoter is positively regulated by the overexpression of CDK4, SKP2, BRCA2, Ciclina D1, E2F1/DP1 and Stat3 whereas the overepression of p53 and NFB represses the promoter. The effects of all these proteins were also analyzed at the Sp1 mRNA level and by using an artificial promoter containing only Sp1 binding sites. The interaction between Sp1 and p21 was further analyzed and we demonstrated that, in fibrosarcoma cells, p21 induces the Sp1 promoter and its mRNA expression but, at the same time, it induces the degradation of Sp1 protein.The process of transcription is a very complex mechanism that involves a great number of transcription factors and other proteins interacting with these factors.

CD69 és una lectina tipus C amb orientació tipus II, que participa en la migració de limfòcits i la secreció de citocines. CD69 s'expressa a la gran majoria de leucòcits durant processos infecciosos, autoimmunitaris i neoplàsics, i s'utilitza àmpliament com a marcador de l'activació del sistema immunitari. El seu targeting amb anticossos monoclonals ha resultat útil en el tractament de malalties en diferents models animals i, per tant, per esbrinar quins són els mecanismes que controlen la seva expressió a la superfície cel•lular és molt important. L’expressió de CD69 és induïble i està fortament controlada a nivell transcripcional. Després de processos d’activació, els transcrits de CD69 es detecten als 30-60 minuts i la proteïna a les 4-6 hores. La present tesi ha estudiat quins són els elements genètics necessaris per a una correcta expressió temporal i espaial de CD69 in vivo. L’anàlisi de la seqüència de l’ADN en una regió 45Kb per sobre del gen va rebel•lar una conservació evolutiva del promotor i de quatre seqüències no codificants que van ser anomenats CNS1, CNS2, CNS3 i CNS4 (CNS, Conserved Non coding Sequence). Mitjançant experiments de digestió amb DNasa i d’immunoprecipitació de la cromatina, es va veure que aquests CNS eren regions obertes de cromatina amb modificacions epigenètiques específiques. A més, en assajos de luciferasa en cèl•lules T, es va veure que els elements CNS2 i CNS4 mostraven una activitat enhancer constitutiva i induïble. La generació de ratolins transgènics amb el reporter hCD2 va permetre analitzar la seva funció in vivo. El promotor conferia una expressió regulada durant la selecció positiva dels timòcits, però no podia donar suport a una expressió regulada en limfòcits madurs. La inclusió de CNS1 i CNS2 va causar la supressió de l'expressió del reporter i l'addició de CNS3 i CNS4 va donar lloc a una expressió regulada a les cèl•lules T, però no a les cèl•lules B. Vam concloure que CNS1-4 són elements reguladors importants que interactuen tant positivament com negativament amb el promotor de CD69 i que contribueixen de manera diferent a l'expressió CD69 a les cèl•lules T i B. D’altra banda, l’anàlisi in silico de regions intragèniques del gen de CD69 va revel.lar una estructura de la cromatina específica entre les seqüències codificants I i II (Intró I) que estava associada a nucleosomes posicionats. A més, en aquesta regió del locus CD69 humà es va identificar un lloc nou d’hipersensibilitat que era induïble per estimulació. Una anàlisi en el locus murí va rebel•lar una regió similar d’hipersensibilitat que sembla implicar almenys les primeres 2Kb de l'Intró I. Pel que fa a l’estructura de la cromatina, en timòcits negatius per CD69, aquesta regió intrònica mostrava nivells baixos i intermedis de l'acetilació i dimetilació de la lisina 4 i de la histona H3 respectivament. L’expressió de CD69 en aquest mateix tipus cel•lular durant la selecció positiva es va associar amb una inducció clara de l'acetilació de la histona H3 a l’Intró I. Curiosament, els limfòcits T perifèrics presentaven alts nivells d'aquestes marques de forma independent a l’expressió CD69. Per tant, l'Intró I pot jugar un paper crucial en el control de l'expressió del gen de CD69. Amb aquesta tesi hem observat que l'epigenètica i els elements distals d’ADN són importants la regulació de l’expressió de CD69, s'han ampliat considerablement els coneixements sobre els possibles mecanismes, que fins ara s'havia focalitzat només en el promotor, i proposa una nova base per a futurs estudis. / Thesis: "Transcriptional regulation of CD69 gene" Summary CD69 is a type II C-type lectin involved in lymphocyte migration and cytokine secretion.CD69 expression represents one of the earliest available indicators of leukocyte activation and its rapid induction occurs through transcriptional activation. In this thesis we examined the molecular mechanism underlying mouse CD69 gene transcription in vivo in T and B cells. Analysis of the 45kb region upstream of the CD69 gene revealed evolutionary conservation at the promoter and at four non-coding sequences (CNS) that were called CNS1, CNS2, CNS3 and CNS4. These regions were found to be hypersensitive sites in DNase I digestion experiments and chromatin immunoprecipitation assays showed specific epigenetic modifications. CNS2 and CNS4 displayed constitutive and inducible enhancer activity in transient transfection assays in T cells. Using a transgenic approach to test CNS function, we found that the CD69 promoter conferred developmentally regulated expression during positive selection of thymocytes but could not support regulated expression in mature lymphocytes. Inclusion of CNS1 and CNS2 caused suppression of reporter expression whereas further addition of CNS3 and CNS4 supported developmental-stage and lineage-specific regulation in T cells but not in B cells. We concluded CNS1-4 are important cis-regulatory elements that interact both positively and negatively with theCD69 promoter and that differentially contribute to CD69 expression in T and B cells. In silico analysis of intragenic regions of CD69 gene also revealed a specific chromatin structure between coding sequence I and II (intron I) associated with positioned nucleosomes. Intron I contained a novel hypersensitive site region that was inducible upon stimulation and, interestingly, its chromatin structure appears to be developmentally regulated. Thus, Intron I may also contain an important DNA regulatory element important for the correct expression of CD69.

El treball realitzat durant el meu doctorat ha estat dirigit a entendre millor l'organització i l'evolució de les regions de DNA que regulen la transcripció. En concret els objectius d'aquesta tesi són: (1) millorar els mètodes in silico de caracterització, representació i predicció de llocs d'unió de factors de transcripció; (2) estudiar les restriccions que actuen sobre la conservació evolutiva de les seqüències reguladores de la transcripció; (3) estudiar l'efecte de la duplicació gènica sobre l'evolució de les seqüències reguladores de la transcripció i sobre l'expressió gènica.El primer capítol, presenta el desenvolupament del programa PROMO, per predir llocs d'unió de factors de transcripció (TFBSs) en una seqüència de DNA o en un conjunt de seqüències. Per una espècie determinada o un determinat nivell taxonòmic, PROMO construeix matrius de pes a partir de seqüències de TFBSs coneguts que són utilitzades per fer la predicció. La predicció simultània sobre múltiples seqüències permet descobrir elements de regulació comuns i es pot aplicar, per exemple, per a comparar regions reguladores de gens ortòlegs o de gens que s'expressen en el mateix teixit. En el segon capítol es presenta l'estudi en que vàrem demostrar la hipòtesi de que el nombre de teixits en que un gen s'expressa està relacionat de manera significativa amb el grau de conservació de la seqüència del promotor. Mostrem que els gens housekeeping de mamífers, els que s'expressen en tots o gairebé tots els teixits, tenen una menor conservació de la seqüència del promotor que els gens que s'expressen en un subconjunt de teixits. El tercer i darrer capítol presenta un estudi sobre l'efecte de la duplicació gènica sobre l'evolució de les seqüències reguladores de la transcripció. S'han fet molts estudis sobre l'efecte de la duplicació gènica sobre la divergència de les seqüències proteiques, però poc es coneix de com aquest procés afecta l'evolució de les seqüències reguladores de l'expressió gènica. En aquest treball hem trobat que el nombre de duplicacions gèniques mostra una relació positiva amb la divergència del promotor, la taxa de substitucions no-sinònimes de la seqüència codificant i la divergència de l'expressió tissular. Per tant, la duplicació gènica no només condueix a un increment de les mutacions aminoacídiques, sinó a una acceleració de la divergència de seqüències involucrades en la regulació de l'expressió gènica. / Goal of this thesis is to better understand the organization and evolution of DNA regions that regulate gene transcription. Particular aims are: (1) to improve in silico methods of characterization, representation and prediction of transcription factor binding sites; (2) to study the constraints that affect the evolutionary conservation of transcription regulatory sequences; (3) to study the effect of gene duplication on the evolution of transcription regulatory sequences and gene expression.The first chapter describes the development of PROMO, a software program to predict transcription factor binding sites (TFBSs) in DNA sequences using species-tailored positional weight matrices. Simultaneous prediction on multiple sequences can be applied to discover common regulatory elements in promoters of orthologous genes or co-expressed genes.In the study presented in the second chapter, the hypothesis that the number of tissues in which a gene is expressed is related in a significant manner to the extent of promoter sequence conservation is tested. It is shown that mammalian housekeeping genes, those expressed in all or nearly all tissues, have lower promoter sequence conservation than genes expressed in a subset of tissues.The third and final chapter presents a study about the effect of gene duplication on the evolution of transcription regulatory sequences. Many studies have been carried out on the effect of gene duplication on protein sequence divergence, but little is known of how this process affects the sequences that regulate gene expression. It is shown here that gene duplication is associated with increased protein sequence divergence, increased promoter sequence divergence, and increased tissue expression divergence. Therefore, gene duplication drives not only an increase in amino-acidic mutations but also an acceleration of divergence of DNA sequences involved in the regulation of gene expression.

El objetivo de este trabajo ha sido el estudio de dos factores genéticos implicados en la diferenciación de las neuronas GABAérgicas de proyección estriatales: Nolz1 e Ikaros. Además se ha estudiado el potencial de estos factores de transcripción en la diferenciación de células madre neurales in vitro hacia un fenotipo estriatal para entender mejor los mecanismos que regulan la aparición de este tipo de neuronas.Hemos demostrado que Nolz1 es un gen que interviene en la especificación de los precursores neurales de la SVZ de la eminencia ganglionar lateral (LGE), los llamados progenitores basales. Las células Nolz1 positivas provienen de precursores positivos para Gsh2, y su expresión contribuye a la aparición de la señalización de ácido retinoico en el núcleo estriado durante el desarrollo. Nolz1, además, regula la vía de Notch en precursores neurales i promueve la aparición de precursores oligodendrogliales mediante un mecanismo no autónomo en la LGE. Por otra parte, demostramos que la isoforma de Ikaros Ik1 es esencial para la correcta generación de las neuronas encefalinérgicas estriatales a partir de la diferenciación de precursores neurales Dlx2 positivos de la LGE. Mostramos que Ik1 es necessario para sacar de ciclo los precursores que formarán el núcleo estriado mediante el incremento de los niveles del inhibidor de ciclinas p21. En consonancia con esta observación, la falta de Ikaros durante el desarrollo, afecta la neurogénesis tardía en el estriado. Esto se traduce en que el animal deficiente de Ikaros presenta un núcleo estriado más pequeño debido a una disminución en el número de neuronas de proyección encefalinérgicas de la matriz. Así, Nolz1 e Ikaros intervienen en diferentes momentos del desarrollo estriatal, siendo el papel de Nolz1 anterior y centrado en el control de precursores neurales, y el de Ikaros algo posterior, centrado en la diferenciación de neuronas estriatales de proyección encefalinégicas / The main goal of this work has been the study of two genetic factors implied in the differentiation of the striatal GABAergic projection neurons: Nolz1 and Ikaros. Moreover, we have studied the potential of these transcription factors to direct the differentiation of neural stem cells in vitro towards a striatal phenotype, in order to understand some aspects of the generation of this kind of neurons.We have demonstrated that the action of Nolz1 is involved in the specification of the neural precursors which reside in the SVZ ol the lateral ganglionic eminencie (LGE), the so-called basal progenitors. The cells positive for Nolz1 come from Gsh2 positive neural precursors, and its expression contributes to the inititation of a source of retinoic acid signalling within the striatum during development. Nolz1, in addition, regulates the Notch pathway in neural precursors an promotes the appearance of oligodendrocyte precursors in the LGE by a non-autonomous mechanism. On the other hand, we demostrate that the Ikaros isoform Ik1 is essential for the correct generation of the striatal enkephalinergic neurons from the differentiation of Dlx2 positive neural precursors of the LGE. We show that Ik1 is necessary for the cell-cycle exit of the neural precursors which will populate the striatum by the increase of the cyclin inhibitor p21. According with this observation, Ikaros absence during development specifically affects late striatal neurogenesis.This is translated in the adult Ikaros deficient animal in a reduced striatum due to a reduced number of matrix enkephalinergic projection neurons. Thus, Nolz1 and Ikaros exhert its actions during different times in striatal development, being Nolz1 role earlier and focused in the control of neural precursors, and Ikaros role occurs later, focused in the differentiation of the enkephalinergic projection neurons.

Las mutaciones en el factor de transcripción HNF1a son la causa más frecuente de diabetes tipo MODY. HNF1a está implicado en una compleja red transcripcional responsable de la diferenciación y función de la célula beta. El estudio de modelos genéticos deficientes para HNF1a será pues de gran relevancia para la comprensión de las bases moleculares de la diabetes MODY y del programa transcripcional responsable del desarrollo de la célula beta, pero también de manera más general, para estudiar como un activador regula la transcripción. El objetivo de este trabajo de tesis es pues emplear diferentes modelos genéticos para comprender aspectos funcionales de HNF1a en un contexto celular in vivo.En una primera parte, nos planteamos responder dónde, cuándo y cúanto HNF1a es necesario para ejercer su función en la célula beta. Diseñamos un modelo de expresión de HNF1a específico de célula beta e inducible por tetraciclina. El sistema sobreexpresaba HNF1a en células beta, lo que inhibía el ciclo celular e inducía apoptosis reduciendo progresivamente la masa de célula beta que acababa derivando en diabetes. Como la inducción de HNF1a en células beta era heterogénea pudimos comprobar que la función de HNF1a tiene autonomía celular y es rescatable postnatalmente sólo en aquellas células deficientes para HNF1a que reexpresaban HNF1a a niveles casi fisiológicos. Concluyendo, en esta primera parte del proyecto se demostró que HNF1a puede ejercer su función en células beta expresándose sólo en células beta, que esta función no está restringida a un momento determinado del desarrollo embrionario y que es altamente dependiente de los niveles de expresión, puesto que tanto mutaciones en heterocigosidad como la sobreexpresión causan diabetes. Estos resultados tienen importantes implicaciones en el diseño de terapias génicas para la cura de la diabetes MODY y en el desarrollo de protocolos de diferenciación in vitro de células beta para su posterior transplante. Así mismo llama la atención sobre los peligros de sobreexpresar factores de transcripción en células beta.En la segunda parte, nos planteamos cómo regula HNF1a la transcripción. Un nuevo nivel de regulación de la transcripción está emergiendo, el posicionamiento génico en subdominios nucleares en fución de la actividad transcripcional. Por otro lado se sabe que HNF1a induce la acetilación de los promotores de sus genes diana. El objetivo de esta segunda parte es estudiar como HNF1a influye las modificaciones de histona a nivel local de cromatina y el reposicionamiento génico en el espacio nuclear para establecer así la relación entre estos dos niveles de regulación de la transcipción. Mediante el uso de un modelo deficiente para HNF1a, demostramos que HNF1a induce la metilación en H3-Lys4 e impide la metilación en H3-Lys27 de sus genes diana. Así mismo estas modificaciones de histona se distribuyen no aleatoriamente en el espacio nuclear formando subdominios. HNF1a induce el reposicionamiento selectivo de sus loci diana de dominios ricos en H3-trimetil Lys27 a dominios activadores ricos en RNA polimerasa II y H3-dimetil Lys4, en concordancia con los cambios observados localmente. Concluyendo, en esta segunda parte demostramos por primera vez que el posicionamiento génico puede ser dependiente de un activador y que afecta selectivamente al locus diana. También demostramos por primera vez que las modificaciones de histona que regulan la transcripción localmente a nivel de la cromatina también tienen una representación espacial en el núcleo de manera que los genes se posicionan en dominios ricos en determinadas modificaciones de histona en función de su actividad transcripcional. Este trabajo de tesis tiene importantes implicaciones en la comprensión de las bases moleculares de una enfermedad humana y añade nuevas perspectivas al estudio de la función de un activador transcripcional. / Mutations in the transcription factor HNF1a are the major cause of MODY type diabetes. HNF1a is implicated in a complex transcriptional network responsible for beta-cell development and function. The study of genetic models deficient for that activator would not only be useful for understanding the molecular bases of a human disease, but also for the study of the transcriptional network implicated in the differentiation of beta-cells and the study of how transcription is actually regulated.The aim of this project of thesis was to understand the function in vivo of HNF1a in beta-cells using genetic models.In the first part, we aimed to assess when, where and how much HNF1a is needed in the beta-cell to be functional. For that purpose, we used a conditional and cell-specific model that overexpressed HNF1a only in beta-cells and in the absence of tetracycline. We demonstrated that the function of HNF1a in beta-cells is cell-autonomous, can be rescued postnatally and is tightly dependent on its expression levels, since both mutations in heterozygosity and overexpression lead to diabetes. These results have important implications in the development of gene therapies for MODY3 patients and for the establishment of good protocols for beta-cell differentiation in vitro for transplantation. This study also highlights the risk of misexpressing transcriptions factors in beta-cells. In the second part, we aimed to understand how HNF1a regulates transcription using an HNF1a-deficient model. HNF1a induces changes locally at the chromatin level by preventing the methylation of H3-Lys27 and inducing the acetylation and methylation of H3-Lys4 of its targets nucleosomes. HNF1a also induces the repositionning of its target loci from H3-methyl Lys27 rich domains to active RNA polymerase II and H3-methyl Lys4 rich domains in the nuclear space, concordantly with the changes observed locally. Thus, for the first time we show that an activator can locus-selectively determine the subnuclear positioning of its targets and that histone modifications have a functional representation in the nuclear space. This thesis add novel insights to our understanding of the in vivo function of a transcriptional activator, and for the first time link subnuclear gene repositioning to a human transcriptional disease.

Yeast cells are exposed to a wide variety of environment stresses, among them changes in the osmotic conditions. An osmolar upshift leads to fast loose of intracellular water, so living cells have developed mechanisms to counteract this lost. In Saccharomyces cerevisiae changes in the osmotic conditions are sensed by the HOG pathway. The HOG pathway is a MAPK signalling pathway and the functional homolog of the stress activated MAPK JNK MAPK and p38 present in mammals. Because there is a high degree of conservation of these cascades, the HOG pathway is a good model to study osmotic adaptation processes.Recent reports have shown that the Hog1 MAPK can regulate several processes such as cell cycle control, metabolic adaptation or regulation of gene expression.At the beginning of this work, the mechanisms by which the Hog1 MAPK was controlling gene expression were unclear because transcription factors under the control of the MAPK were not well characterized. Our goal was the identification of new transcription factors under the control of the MAPK. Therefore, we designed a genetic screen and selected clones from a multicopy genomic library that were able to induce the expression of Hog1 dependent genes in non stress conditions. One of these clones was the SMP1 gene. Smp1 encodes for a MEF2-like transcription factor. Its overexpression induced the expression of osmoresponsive genes such as STL1, whereas smp1 cells were defective in their expression. smp1 cells showed reduced viability upon osmotic shock. Smp1-Hog1 interaction was checked by coprecipitation. Moreover, Smp1 was phosphorylated upon osmotic stress in a Hog1-dependent manner and in vitro phosphorylation experiments showed that Hog1 phosphorylated Smp1 at the C-terminal region. This phosphorylation was important for Smp1 osmoadaptation functions.Moreover Hog1 was implicated in cell adaptability to stationary phase through Smp1.On the other hand, microarrays studies showed that HXT1 hexose transporter was upregulated upon an osmotic shock in a Hog1 dependent manner. Expression of the HXT1 gene, which encodes a low affinity glucose transporter in Saccharomyces cerevisiae, is induced in response to glucose by the general glucose induction pathway, involving the Snf3/Rgt2 membrane glucose sensors, the SCF-Grr1 ubiquitination complex and the Rgt1 transcription factor. In addition to the glucose signalling pathway, we have found that, regulation of HXT1 expression also requires the HOG pathway. Deletion of components on both pathways results in impaired HXT1 expression. Genetic analyses identified Sko1 as the transcription factor under the control of Hog1 that was modulating HXT1 expression.Our studies here have shown that both Smp1 and Sko1 are transcription factors under the control of the MAPK.

Las especies reactivas del oxígeno (ROS), superóxido (O2o-), peróxido de hidrógeno (H2O2), y radical hidroxilo (OHo), se generan a partir de la reducción parcial del oxígeno molecular durante procesos metabólicos como la respiración o tras la exposición a ciertos agentes ambientales como las radiaciones UV. Estas ROS pueden reaccionar con biomoléculas como lípidos, proteínas y DNA e inactivar su función, por lo que las células han desarrollado actividades enzimáticas que se encargan de mantener niveles no-tóxicos de estos oxidantes. Se llama estrés oxidativo a la situación en la cual se produce un incremento en la concentración intracelular de ROS como consecuencia de un aumento en la generación o una disminución en la degradación de las mismas. En respuesta a estrés oxidativo, la célula activa rutas de señalización y factores de transcripción específicos que activan la expresión de proteínas antioxidantes encargadas de reestablecer los niveles redox intracelulares y de reparar los desperfectos causados por estos oxidantes. La levadura Schizosaccharomyces pombe es un organismo modelo ideal para el estudio de las respuestas a estrés oxidativo en las células eucariotas ya que posee sensores específicos a estrés oxidativo como el factor de transcripción Pap1 (pombe AP-1-like) y rutas de respuesta global a estrés, como las descritas en las células de mamífero, que son activadas por diferentes tipos de estrés. En el centro de esta ruta de respuesta global a estrés se encuentra la MAPK (Mitogen-activated protein kinase) Sty1. El factor de transcripción Pap1, de localización citoplasmática basal, se acumula en el núcleo en respuesta a estrés oxidativo. Este cambio de localización subcelular es debido a la inhibición del exporte nuclear dependiente de Crm1, aunque se desconocía el mecanismo molecular utilizado por este factor de transcripción para sensar y responder a oxidantes como H2O2 y dietilmaleto (DEM). Los resultados obtenidos indican que H2O2 oxida de forma reversible dos residuos de cisteína de Pap1 induciendo, seguramente, la formación de un puente disulfuro intramolecular, mientras que, DEM actúa como un agente alquilante que modifica de forma irreversible los residuos de cisteína del dominio C-terminal de Pap1. El gen que codifica para el factor de transcripción Pap1 fue aislado inicialmente como un gen que, en elevado número de copias, confería a las células un fenotipo de resistencia a ciertas drogas como estaurosporina. Esto es debido a que, tras acumularse en el núcleo en respuesta a estrés oxidativo, Pap1 activa la transcripción de genes implicados tanto en la respuesta antioxidante como en la resistencia a multidrogas. Todos aquellos genes que, al igual que pap1 fueron identificados por su implicación en la resistencia a multidrogas, codifican para proteínas que regulan la actividad del factor de transcripción Pap1. hba1 fue el único gen relacionado con resistencia a multidrogas, cuyo producto génico, una proteína con un dominio de unión a Ran (Ran-binding domain), Hba1, no había sido relacionado con la actividad de Pap1. Uno de los objetivos de mi trabajo experimental era el de determinar si Hba1 tenía un papel en la regulación de la actividad de Pap1. Nuestros resultados indican que la proteína Hba1, localizada en el nucleoplasma de la célula, participa en el exporte nuclear mediado por Crm1 de ciertas proteínas como el factor de transcripción Pap1 y la MAPK Sty1, aunque no de otras como la proteína PKI. Por ello, la pérdida de función de Hba1, por sobreexpresión o deleción del gen hba1, induce la localización nuclear constitutiva de Pap1 y Sty1 en ausencia de estrés. Esta localización nuclear de Pap1 es suficiente para la activación transcripcional de sus genes diana. Por lo tanto, el fenotipo de resistencia aumentada a multidrogas de las cepas en las que se ha perdido la actividad de la proteína Hba1, es debido a la acumulación de Pap1 en el núcleo en condiciones de no-estrés.

El gen UCP3 s'expressa majoritàriament al múscul esquelètic i al TAM en rosegadors, i pràcticament de manera exclusiva al múscul esquelètic en humans. El gen s'activa en resposta a diferents estímuls, entre els quals trobem l'àcid retinoic, els àcids grassos no esterificats i les hormones tiroïdals. L'estudi de la regulació de la transcripció del gen UCP3 en cèl·lules musculars ens ha permès obtenir informació sobre els mecanismes moleculars responsables de l'expressió d'UCP3 al múscul esquelètic i de la modulació d'aquesta expressió deguda als estímuls esmentats. L'estudi de la regulació de l'expressió d'UCP3in vivo ens ha permès establir la importància d'alguns d'aquests mecanismes en un context fisiològic. D'acord amb l'expressió específica d'UCP3 al múscul, el factor de transcripció miogènic MyoD és necessari per l'activitat basal del promotor del gen UCP3. MyoD regula l'expressió del gen humà UCP3 a través d'unes seqüències semblants a Ebox properes al lloc d'inici de la transcripció (-29/-9). A més a més, l'activació del promotor del gen humà UCP3 per MyoD és necessària per tal que l'àcid retinoic, els àcids grassos o les hormones tiroïdals en modulin l'activitat. L'àcid retinoic, un conegut activador transcripcional de l'expressió dels gens UCP1 i UCP2, activa l'expressió del gen UCP3 en cèl·lules musculars diferenciades. La resposta del gen UCP3 humà a l'àcid retinoic està mitjançada pels receptors d'àcid retinoic (RAR-RXR) i l'element de resposta a hormones DR1 (AGGTTTCAGGTCA) situat a la regió proximal (-71/-59) del promotor d'UCP3. Per altra banda, l'activació del gen UCP3 pels àcids grassos es dóna a través de PPARalfa o PPARdelta (receptors activats per proliferadors peroxisomals) i de l'element DR1, in vitro i in vivo. En ratolins PPAR-alfa-KO s'ha observat una necessitat diferencial de PPAR-alfa per regular l'expressió del gen UCP3, en funció del teixit (cor o múscul esquelètic) i de l'estadi del desenvolupament (nounats i adults). A nivell molecular, els processos d'acetilació són importants per l'activació del promotor del gen UCP3. El coactivador p300 és capaç de coactivar la resposta dependent de lligand de PPAR-alfa en el promotor, i l'activitat acetiltransferasa de p300 és necessària per aquesta coactivació. Tant l'estat d'acetilació de les histones com de MyoD són importants per l'activació del promotor del gen UCP3. Finalment, s'ha observat que les hormones tiroïdals activen l'expressió del gen UCP3 humà i de ratolí al múscul esquelètic in vivo i en cèl·lules musculars en cultiu. Les hormones tiroïdals activen el promotor d'UCP3 a través dels receptors d'hormones tiroïdals (TR) i la regió del DNA que conté l'element DR1. Per tant, l'element DR1 present en la regió proximal del promotor del gen UCP3 és un element multihormonal que mitjança l'activació del gen UCP3 per l'àcid retinoic, les hormones tiroïdals i els àcids grassos. En el futur, seria interessant estudiar la relació que s'estableix entre aquestes vies de senyalització in vivo. / UCP3 gene is mainly expressed in skeletal muscle and brown adipose tissue in rodents, and almost exclusively in skeletal muscle in humans. The gene is activated in response to different stimulus, such as retinoic acid, fatty acids and thyroid hormones. In the present study we investigate the molecular mechanisms responsible for UCP3 gene expression in skeletal muscle and for the retinoic acid, fatty acids and thyroid hormones-dependent activation. Studying UCP3 gene regulation in vivo has allowed to establish the importance of some of these mechanisms in a physiological context. In agreement with the specific expression of human UCP3 in muscle, the myogenic transcription factor MyoD is needed for UCP3 promoter basal activity. MyoD regulates the expression of the human UCP3 gene through Ebox-like sequences near the initiation transcription site (-29/-9). Moreover, MyoD is necessary for retinoic acid, fatty acid or thyroid hormone-dependent activation of the UCP3 promoter. Retinoic acid, a transcriptional activator of UCP1 and UCP2 gene expression, activates UCP3 gene expression in differentiated skeletal muscle cells. Human UCP3 gene response to retinoic acid is mediated by retinoic acid receptors (RAR-RXR) through a hormone response element DR1 (AGGTTTcAGGTCA) located in the proximal region of the promoter (-71/-59). In addition, UCP3 gene activation by fatty acids is achieved by PPAR-alpha or PPAR-delta (peroxisome proliferator activated receptor) through the previously described DR1, in vitro and in vivo. Studies in PPAR-alpha-KO mice has revealed that PPAR-alpha is differentially required for UCP3 gene expression, depending on tissues (heart or skeletal muscle) and development stages (newborns and adults).Finally, thyroid hormones activate human and mouse UCP3 gene expression in vivo and in vitro. This activation is mediated by thyroid hormone receptor (TR) through the DNA region that contains the DR1 element, in both human and mouse UCP3 promoter. In conclusion, the DR1 element located in the proximal region of UCP3 gene promoter is a multihormonal response element able to mediate retinoic acid, thyroid hormone and fatty acid-dependent activation of UCP3 gene. In the future, it should be interesting to study the relationship between these signalling pathways in vivo.

La caquexia es un síndrome frecuentemente asociado al crecimiento tumoral, así como también a otros estados patológicos como son sepsis, SIDA (síndrome de inmunodeficiencia adquirida), diabetes, etc. La caquexia se caracteriza por una importante y progresiva pérdida de peso corporal debida principalmente a la desaparición de las reservas de grasa y a la disminución de masa muscular. Está acompañada también de anorexia, náuseas, astenia, debilidad, alteración de la homeostasis hormonal e inmunodepresión.Sobre los factores de transcripción que podrían estar involucrados en el proceso de desgaste muscular observado en la caquexia (in vivo), se sabe muy poco, pero aparecen algunos factores como posibles candidatos tanto en el desencadenamiento como en la regulación de este proceso. NF-kappa-B y AP-1 son dos factores de transcripción que están activados en distintos tejidos en procesos inflamatorios. Se ha descrito que NF-kappa-B y AP-1 tienen una regulación diferencial en músculo esquelético de rata durante el proceso de sepsis. El mismo grupo ha determinado que C/EBP, otro factor de transcripción involucrado en el proceso de inflamación, aumenta su actividad de unión al DNA en músculo de ratas sépticas, y que este proceso es dependiente de glucocorticoides.Los objetivos de este estudio son: 1) analizar la regulación de algunos factores de transcripción en el músculo esquelético durante la caquexia inducida por el crecimiento tumoral. 2) revertir el desgaste muscular asociado al crecimiento tumoral mediante estrategias basadas en factores de transcripción desde un punto de vista farmacológico. 3) aproximaciones a una terapia contra la caquexia mediante un adenovirus para la transferencia génica de un dominante negativo de AP-1. Los resultados obtenidos nos permiten concluir que el factor de transcripción AP-1 presenta una regulación diferencial en el músculo esquelético durante el crecimiento tumoral, lo que sugiere que este factor está implicado en el desarrollo de la caquexia asociada al cáncer. Por el contrario, otros factores de transcripción estudiados (NF-kappa-B, C/EBP y Sp-1) no parecen estar implicados directamente en el desarrollo del proceso caquéctico, al menos a nivel muscular. El factor miogénico MyoD presenta importantes cambios en sus niveles en el músculo esquelético de diferentes modelos experimentales de tumores caquécticos, así como en el músculo de pacientes con cáncer de páncreas. La administración aguda de LPS a ratas también afecta marcadamente los niveles musculares de MyoD. Estos datos sugieren una implicación de dicho factor en el desarrollo de la caquexia asociada al crecimiento tumoral y otros procesos patológicos. La administración de SP100030, inhibidor de NF-kappa-B y AP-1, logra revertir parcialmente los efectos asociados al crecimiento del hepatoma ascítico Yoshida AH-130. Este efecto está asociado a una inhibición de la actividad de unión de AP-1 al DNA, un aumento en la expresión de MyoD, y una disminución en la proteólisis muscular. El tratamiento con GW1929, agonista de PPAR-gamma, induce una recuperación en el peso de los músculos extensor digitorum longus de ratones portadores de carcinoma pulmonar de Lewis, asociado a un restablecimiento de los niveles de MyoD. Este compuesto también induce una disminución en la proteólisis de estos músculos in vitro. La sobreexpresión de Tam67, dominante negativo de AP1, revierte totalmente los efectos causados por la adición de TNF-alfa al medio de cultivo de mioblastos C2C12 en diferenciación. Este efecto es producido por el restablecimiento del programa de diferenciación muscular, mediado por una disminución de ciclina D1, una recuperación de los niveles de MyoD y un aumento de la proteína MHC en estas células. La transferencia génica in vivo de dominante negativo de AP-1 Tam67 mediante adenovirus, produce una recuperación en el peso de los músculos y una atenuación en la caída de los niveles de MyoD en el músculo gastrocnemius de animales portadores de tumor. / (ENGLISH)One of the most common manifestation of advanced malignant disease is the development of cancer cachexia. Indeed, cachexia occurs in the majority of cancer patients before death, and it is responsible for the death of 22% of cancer patients. The abnormalities associated with cancer cachexia include anorexia, weight loss, muscle loss and atrophy, anemia and alterations in carbohydrate, lipid and protein metabolism. The degree of cachexia is inversely correlated with the survival time of the patient and it always implies a poor prognosis. Perhaps one of the most relevant characteristics of cachexia is that of asthenia (or lack of muscular strenght), which reflects the important muscle waste that takes place in the cachectic cancer patient. Asthenia is also characterized by a general weakness as well as physical and mental fatigue. In addition, lean body mass depletion is one of the main trends of cachexia and it involves not only skeletal muscle but it also affects cardiac proteins, resulting in important alterations in heart performance.Little is known about the transcription factors that may be involucrated in cancer cachexia at the level of skeletal muscle. Among the main candidates that could have a role in such pathological state are nF-kB abd AP-1. These two transcription factors have already been involucarted in skeletal muscle during sepsis. The objectives of the present study were: 1) to analyze the regulation of some transcription factors in skeletal muscle during cancer cacchexia. 2) reverse muscle wasting associated with tumour burden using strategies based on transcription factors. 3) to introduce an approximation to a therapy against cachexia based on the introduction of an adenovirus using the gene transfer of a dominant negative of AP-1.The results obtained clearly demonstrate that while AP-1 and Myo D are clearly associated with muscle wasting during cancer cachexia, others such as NF-kB,C/EBP and Sp-1 do not seem do be involved.Daily treatment of rats bearing the cachectic Yoshida AH-130 ascites hepatoma with the double inhibitor (NF-kB and AP-1) SP 100030 at a dose of 1 mg/kg of body weight resulted in a clear amelioration of the cachectic effect, especially at the level of skeletal muscle. Thus, tumour-bearing rats treated with SP100030 showed a significant recovery in the weights of gastrocnemius, EDL, tibialis and cardiac muscles. In addition, treatment with the inhibitor also affected both liver and kidney weights. The amelioration in muscle weight was accompanied by an increase in MyoD gene expression -the main transcription factor of muscle tissue involved in muscle differentiation-- in gastrocnemius muscle. At the dose used in this study SP 100030 was an effective inhibitor of AP-1, however, the nF-kB transcription factor was not affected. Interestingly, the effects of the inhibitor seem to be at the level of proteolysis since lower total proteolytic rates were found when incubating of isolated rat muscles in the presence of SP100030. Interestingly, the inhibitor influenced the gene expression of the E2 enzyme in skeletal muscle of tumour-bearing rats; this protein seems to be the main regulator of the activity of the main proteolytic system during cancer cachexia, the ubiquitin-proteasome system. In conclussion, treatment of cachectic tumour-bearing rats with SP 100030 results in an amelioartion of the muscle wasting effect suggesting that the AP-1 signalling cascade plays a very important role in the signalling of muscle wasting associated with disease.The aim of the overexpression of TAM-67 study was to investigate a possible role of the AP-1 signaling cacscade in the process of wasting associated with cancer cachexia at the level od skeletal muscle. Bearing this in mind, an experimental design involucrating adenoviral trasnduction of the TAM-67 protein -a blocker of the AP.1 protein was used in both in vivo and in vitro experimental setups. Interestingly, the injection of virus expressing the TAM-67 protein to tumour-bearing rats, resulted in a significat recovery of the muscle mass -which is dramatically reduced as a result of tumour burden--, therefore suggesting that AP-1 is certainly involved in the signalling associated with muscle protein accretion. Although, several mediators have been suggested for the muscle wasting associated with cancer cachexia, many investigations suggest an important role for TNF (Tumour Necrosis factor). Indeed, addition of TNF to C2C12 cells resulted in a decreased content of both MyoD and MHC. Interestingly, in this muscle cell system, it was also observed that blockage of the AP-1 signalling cascade buy means of adenovirus (containing TAM-67) infection resulted in an improvement in the amount of myofibrillar protein (MHC) following TNF treatment, therefore suggesting that AP-1 signalling is involved in the intraceellular action of the cytokine oin skeletal muscle. In fact, from the results presented here, it may be suggested that AP-1 is involved in skeletal muscle proliferation since blocking the trancription factor sems to lead to an increased differentiation. In conclussion, the gene therapy approach presented here clearly suggests an important role for AP-1 in muscle signalling during catabolic states and may constitute the basis for a future sucessful therapeutic approach.