Meiosis is a highly regulated process, partly due to the need to break and then repair DNA as part of the meiotic program. In this thesis, mechanisms of meiotic regulation are investigated, including the post-translational modification termed SUMOylation, and a potential novel negative regulator of error-prone DNA repair pathways. Post-translational modifications are widely used during meiotic events to regulate steps such as protein complex formation, checkpoint activation, and protein attenuation. In this thesis, we investigate how proteins that are obligatory components of the SUMO pathway, one such post-translational modification, affect the C. elegans germline. We show that UBC-9, the E2 conjugation enzyme, and the C. elegans homolog of SUMO, SMO-1, localized to germline nuclei throughout prophase I. Mutant analysis of smo-1 and ubc-9 revealed increased recombination intermediates throughout the germline, originating during the mitotic divisions. SUMOylation mutants also showed late meiotic defects including defects in the restructuring of oocyte bivalents and endomitotic oocytes (EMO). Increased rates of non-interfering crossovers (COs) were observed in ubc-9 heterozygotes, even though interfering COs were unaffected. We have also identified a physical interaction between UBC-9 and DNA repair protein MRE-11. ubc-9 and mre-11 null mutants exhibited similar phenotypes at germline mitotic nuclei and were synthetically sick. These phenotypes and genetic interactions were specific to MRE-11 null mutants as opposed to RAD-50 or resection-defective MRE-11. We propose that the SUMOylation pathway acts redundantly with MRE-11, and in this process MRE-11 likely plays a structural role. We also found a candidate negative regulator of non-homologous end joining through an RNAi screen using the mre-11(iow1) resection-defective mutant. Mutant analysis did not rescue the resection-defective phenotype when multiple CRISPR-generated nhr-2 deletion alleles were generated. Therefore, nhr-2 does not appear to be directly involved in DNA repair.

Development requires the acquisition of different cell fates. A major conserved pathway required for cell fate determination is the Notch signalling pathway. Neuralized is a key regulator of the Notch pathway and is essential for embryonic development in Drosophila melanogaster. I have been studying the role of Neuralized during Drosophila development, focusing on the regulation of this protein. Neuralized is an E3 ubiquitin ligase that targets Notch ligands for ubiquitination and endocytosis in the signal sending cell. This endocytic event is required for signal transduction, and cells lacking Neuralized fail to signal through Notch. I have identified a conserved interaction between Neuralized and phosphoinositides that is essential for the ability of Neuralized to promote ligand endocytosis and Notch signalling. Interactions between Neuralized and phosphoinositides are not required for ligand ubiquitination, identifying a role for Neuralized in downstream aspects of ligand trafficking. I have also determined that Neuralized is dynamically regulated through a combination of tissue specific expression, subcellular trafficking, protein interactions and posttranslational modification. Neuralized contains two related protein domains of unknown function called Neuralized homology repeats (NHR). To gain insight into the function of the NHR domain, I characterized another NHR containing protein, CG3894. CG3894 is required for development and preliminary data indicate that NHR domains dimerize, suggesting a possible interaction between Neuralized and CG3894. The study of Neuralized in Drosophila has contributed to our understanding of this essential protein both at a developmental and cellular level, and has provided a means through which to ask questions about regulation of Notch signalling in a relatively simple context. Given the importance of Notch signalling to development, and contributions that aberrations in signalling make to cancer and diseases of the nervous system, expanding our understanding of the regulation of Notch signalling is essential to understanding how this important pathway functions.

Development requires the acquisition of different cell fates. A major conserved pathway required for cell fate determination is the Notch signalling pathway. Neuralized is a key regulator of the Notch pathway and is essential for embryonic development in Drosophila melanogaster. I have been studying the role of Neuralized during Drosophila development, focusing on the regulation of this protein. Neuralized is an E3 ubiquitin ligase that targets Notch ligands for ubiquitination and endocytosis in the signal sending cell. This endocytic event is required for signal transduction, and cells lacking Neuralized fail to signal through Notch. I have identified a conserved interaction between Neuralized and phosphoinositides that is essential for the ability of Neuralized to promote ligand endocytosis and Notch signalling. Interactions between Neuralized and phosphoinositides are not required for ligand ubiquitination, identifying a role for Neuralized in downstream aspects of ligand trafficking. I have also determined that Neuralized is dynamically regulated through a combination of tissue specific expression, subcellular trafficking, protein interactions and posttranslational modification. Neuralized contains two related protein domains of unknown function called Neuralized homology repeats (NHR). To gain insight into the function of the NHR domain, I characterized another NHR containing protein, CG3894. CG3894 is required for development and preliminary data indicate that NHR domains dimerize, suggesting a possible interaction between Neuralized and CG3894. The study of Neuralized in Drosophila has contributed to our understanding of this essential protein both at a developmental and cellular level, and has provided a means through which to ask questions about regulation of Notch signalling in a relatively simple context. Given the importance of Notch signalling to development, and contributions that aberrations in signalling make to cancer and diseases of the nervous system, expanding our understanding of the regulation of Notch signalling is essential to understanding how this important pathway functions.

In this study, I utilized the defined (target) sequence for transcription factor NHR-25 and GFP as a marker to visualize where nhr-25 is active during the development in vivo. After obtaining worm strains carrying these constructs, the expression pattern was analyzed and the specificity of the expression was tested by means of RNAi.

<p> The liver X receptors (LXRs) are members of the nuclear hormone receptor (NHR) superfamily of transcription factors and are activated by oxysterols. As such, LXRs act as "cholesterol sensors" and play an integral role in cholesterol homeostasis by modulating the expression of genes involved in lipid transport and metabolism as well as inflammation. </p> <p> This thesis begins by describing the modulation of LXR transactivation by PKC. Specifically, transactivation by LXRα is decreased upon activation of PKC signalling pathways as assessed by LXR reporter gene analysis and endogenous target gene expression. These findings reveal a mode of regulation of LXRα that may be relevant to disease conditions where aberrant PKC signalling is observed. </p> <p> The second and third part of the thesis turns the attention to the role of LXR in human airway smooth muscle (hASM), a crucial effector cell in asthma progression. For the first time, research described here indicates that primary human ASM cells express functional LXRs. Moreover, LXR target genes ABCA 1 and ABCG I were highly induced upon the addition of LXR agonists leading to enhanced cholesterol efflux to apoAI and HDL, a process dependant entirely on ABCA I. Furthermore, activation of LXR inhibited the expression of multiple cytokines in response to inflammatory mediators and inhibited the proliferation and migration of hASM cells, two important processes that contribute to the airway remodelling observed in the asthmatic lung. </p> <p> This body of work suggests that modulation of LXR offers prospects for new therapeutic approaches in the treatment of asthma. Furthermore, it establishes a critical role for ABCA 1 in lipid transport in ASM cells and suggests that dysregulation of cholesterol homeostasis in these cells may be important. These findings have broad implications in the association of hypercholesterolemia and AHR and places LXR at the forefront of novel therapeutic avenues to treat inflammatory lung disease. </p> / Thesis / Doctor of Philosophy (PhD)

[ES] El complejo de especies de Ralstonia solanacearum es el responsable de la marchitez bacteriana, una enfermedad que afecta en todo el mundo a cultivos y plantas ornamentales de gran importancia económica. El filotipo (ft) II raza 3 biovar (bv) 2 produce la podredumbre parda de la patata y la marchitez bacteriana de las solanáceas en climas templados, y se ha introducido recientemente en algunas áreas de la Unión Europea y de Estados Unidos, donde este patógeno se considera un organismo de cuarentena. La presencia de R. solanacearum ft II raza 3 bv 2 en estas zonas ha hecho surgir ciertos interrogantes sobre la biología y la patogenicidad de esta bacteria, algunos de los cuales se han abordado en este trabajo. De esta manera, se han evaluado aspectos del comportamiento, la capacidad de supervivencia y la capacidad para la inducción de la enfermedad, de cepas de R. solanacearum ft II raza 3 bv 2 de origen europeo en diferentes especies vegetales y diversas muestras de agua medioambiental. El comportamiento en cuanto a la colonización de R. solanacearum ft II raza 3 bv 2 in planta ha permitido realizar una clasificación en huéspedes susceptibles o tolerantes y en no huéspedes, en base a la localización histológica del patógeno y su aislamiento. Se ha observado que los huéspedes susceptibles y tolerantes eran intensamente invadidos a nivel del xilema de las raíces, pero densamente o bien débilmente colonizados, respectivamente, a nivel del xilema del tallo. Ninguno de ellos debe ser considerado como candidato para la rotación de cultivos en suelos contaminados. Por otra parte, se ha observado que en los no huéspedes no se producía la invasión a nivel del xilema de la planta, aunque podría haber presencia esporádica del patógeno en el córtex de las raíces o en la superficie y, por lo tanto, algunos podrían actuar como reservorios. Los no huéspedes podrían seleccionarse para los sistemas de rotación tras su evaluación en condiciones de campo. La capacidad de supervivencia de R. solanacearum ft II raza 3 bv 2 en microcosmos de agua medioambiental se ha visto influida por factores tanto abióticos como bióticos. El patógeno ha mostrado una resistencia considerable frente a la exposición a la oligotrofía como único factor de stress. Así, desarrolló varias estrategias que le permitieron sobrevivir en microcosmos de agua medioambiental durante cuatro años bajo condiciones de limitación de nutrientes, manteniendo la capacidad de inducir la enfermedad en el huésped incluso a través de riego. Las estrategias adaptativas para superar la oligotrofía observadas durante este largo periodo han sido la respuesta de supervivencia frente a la privación de nutrientes, la entrada en el estado viable no cultivable, una transformación progresiva de las formas bacilares típicas en cocoides de reducido tamaño, los fenómenos de filamentación y gemación, y la agregación. El patógeno también ha mostrado estrategias eficientes cuando ha sido expuesto a diferentes temperaturas simultaneamente a las condiciones de escasez de nutrientes. De esta manera, a 4°C el frío indujo la entrada en un estado viable no cultivable que fue dependiente del contenido en nutrientes del agua, mientras que a 14°C y 24°C las respuestas de supervivencia frente a la privación de nutrientes, aunque aparentemente similares, revelaron un efecto de la temperatura en la formación de los cocoides. Por otra parte, la persistencia del patógeno se redujo de manera significativa en microcosmos de agua medioambiental por la actividad predadora, competitiva o lítica de los protozoos, las bacterias y/o los bacteriófagos presentes en el agua. Entre todos ellos, se demostró que los fagos líticos fueron los responsables principales del descenso en las poblaciones de R. solanacearum, si bien los protozoos y las otras bacterias contribuyeron en cierta medida. El efecto fue más apreciable a 24°C que a 14°C debido a que las interacciones bióticas fueron más lentas a la temperatura más baja. Esta bacteria ha mostrado una gran capacidad de adaptación, consiguiendo sobrevivir y mantener su poder patógeno en prácticamente todas las condiciones ensayadas. La finalidad de este trabajo ha sido contribuir al progreso del conocimiento de las interacciones entre R. solanacearum ft II raza 3 bv 2 y sus ambientes naturales, para mejorar las estrategias preventivas tanto de la diseminación del patógeno como de la propagación de la marchitez bacteriana en dichos hábitats. / [EN] The Ralstonia solanacearum species complex causes bacterial wilt, a plant disease affecting economically important crops and ornamentals worldwide. The phylotype (ph) II race 3 biovar (bv) 2 produces potato brown rot and bacterial wilt in solanaceous plants in temperate climates and has recently been introduced to several areas of the European Union and the USA, where the pathogen has a quarantine status. Presence of R. solanacearum ph II race 3 bv 2 in these zones raised questions on biological and phytopathological aspects of this bacterium, some of them being addressed in this work. Thus behaviour, ability for survival and disease inducing capacity of European R. solanacearum ph II race 3 bv 2 have been assessed in a range of different plant species and diverse surface run-off water samples. Behaviour of R. solanacearum ph II race 3 bv 2 in planta has led to a classification in susceptible or tolerant hosts and non-hosts, based on the pathogen histological localization and isolation. Susceptible and tolerant hosts were highly invaded in root xylem but, heavily or weakly colonized respectively in stem xylem. They are to be avoided as candidates for crop rotation. Non-hosts were not invaded in plant xylem but, occasional presence of the pathogen in root cortex or on surface might occur and so, some of them might act as reservoirs. They could be selected for crop rotation systems after being carefully tested in open field conditions. Ability for survival of R. solanacearum ph II race 3 bv 2 in environmental water microcosms has been influenced by abiotic and biotic factors. When faced to oligotrophy as the only stressing factor the pathogen displayed a considerable endurance. It resorted to a number of survival strategies which enabled it to survive in environmental water microcosms over four years under starvation, retaining disease inducing capacity in the host even by watering. Adaptations to overcome nutrient limitation during the long period were starvation-survival responses, the entrance into a viable but non-culturable state, progressive transformation from the typical bacillar shape into coccoid forms reduced in size, filamentation and budding phenomena and aggregation. Survival strategies were also successfully exhibited by the pathogen when exposed to environmental temperatures simultaneously to nutrient scarcity conditions. Thus, at 4°C a viable but non-culturable state dependent on water nutrient contents was cold-induced, whilst at 14°C and 24°C apparently similar starvation-survival responses revealed a distinct effect of temperature on coccoid formation. On the other hand, indigenous freshwater protozoa, bacteria and/or phages with predatory, competitive or lytic activity reduced significantly pathogen persistence. Among them, lytic bacteriophages were the main responsible for the decrease in R. solanacearum populations, although protozoa and other bacteria also contributed. The effect was more appreciable at 24°C than at 14°C because of slower biotic interactions at the lower temperature. The pathogen was able to adapt itself, succeeding in surviving and keeping pathogenic in almost all condition. This work intends to contribute to the progress in the knowledge of the interactions between R. solanacearum ph II race 3 bv 2 and natural environments, which may allow to improve the strategies to prevent pathogen dissemination and bacterial wilt spread in natural settings. / [FR] Le complexe d'espèces de Ralstonia solanacearum est l'agent causal du flétrissement bactérien, une maladie qui affecte des cultures et des plantes ornementales de grande importance économique dans le monde entier. Le phylotype (phyl) II race 3 biovar (bv) 2 produit la pourriture brune de la pomme de terre et d’une manière générale le flétrissement bactérien des Solanacées dans les climats tempérés. Ce phylotype II a récemment été introduit dans des certaines régions de l'Union Européenne et des États-Unis, où cette bactérie est considérée comme un pathogène de quarantaine. La présence de R. solanacearum phyl II race 3 bv 2 dans ces régions a soulevé quelques questions au sujet de sa biologie et de son pouvoir pathogène, questions qui ont été abordées dans ce travail. Nous avons notamment évalué, chez R. solanacearum phyl II race 3 bv 2 d'origine européenne, l'aptitude à survivre dans divers échantillons de l'eau environnementale de surface et la capacité à induire la maladie dans des différentes espèces de plantes cultivées. Notre étude de la capacité de colonisation de R. solanacearum phyl II race 3 bv 2 in planta a permis une classification en hôtes sensibles ou tolérants et non hôtes sur la base de la localisation histologique de l'agent pathogène et de son isolement in planta. Il a été noté que les hôtes sensibles et tolérants sont intensément envahis à niveau du xylème des racines, mais fortement ou faiblement colonisés à niveau du xylème de la tige chez les plantes sensibles ou tolérantes respectivement. Aucune de ces plantes ne doit être recommandée comme candidat dans une rotation culturale. En outre, nous avons noté que le xylème des plantes non hôtes n’est pas envahi, bien que l’on puisse noter la présence sporadique de l'agent pathogène dans le cortex des racines ou sur la surface racinaire. Cela signifie que certaines plantes non hôtes pourraient potentiellement être des réservoirs d’inoculum latent. En conséquence les plantes non hôtes qui pourraient être recommandées dans des systèmes de rotation culturale doivent être évaluées non seulement au laboratoire mais aussi au champ dans des conditions naturelles. Nous avons montré que la capacité de survie de R. solanacearum phyl II race 3 bv 2 dans des microcosmes de l'eau environnementale, préalablement filtrée ou autoclavée, est influencée par des facteurs abiotiques et biotiques. L'agent pathogène fait preuve d'une résistance considérable quand il est exposé à l'oligotrophie comme seul facteur de stress. Nous avons mis en évidence différentes stratégies utilisées par cette bactérie pour survivre plus de quatre ans dans des conditions de limitation des éléments nutritifs dans des microcosmes de l'eau environnementale tout en maintenant sa capacité d'induction de la maladie chez un hôte sensible à la suite de sa dissémination par irrigation. Les adaptations utilisées par cette bactérie pour surmonter l'oligotrophie au cours de cette longue période ont été l'entrée dans l'état viable non cultivable, une transformation progressive des typiques formes bacillaires vers des formes coccoïdes de petite taille, des phénomènes de filamentation et de bourgeonnement et d'agrégation. L'agent pathogène a également utilisé des stratégies efficaces quand il a été exposé à des différentes températures de l'environnement en même temps qu'à des conditions de limitation des éléments nutritifs. Ainsi à 4°C le froid a entraîné un état viable non cultivable qui a été dépendant de la teneur en éléments nutritifs de l'eau. Par contre à 14°C et 24°C les réponses de survie face à la privation des éléments nutritifs ont induit la formation de formes coccoïdes. En outre, la persistance de l'agent pathogène a été considérablement réduite dans des microcosmes de l'eau environnementale par l'activité prédatrice, compétitive ou lytique des protozoaires, des bactéries et/ou des bactériophages qui étaient contenus dans de l'eau. Notamment, il a été constaté que les phages lytiques sont les principaux responsables de la baisse des populations de R. solanacearum, bien que les protozoaires et d'autres bactéries aient également contribués dans une certaine mesure. L'effet a été plus sensible à 24°C qu'à 14°C en raison d'interactions biotiques plus lentes aux températures plus basses. En conclusion cette bactérie a démontré une grande capacité pour s'adapter, survivre et de maintenir son pouvoir pathogène dans pratiquement toutes les conditions couramment rencontrées dans les conditions naturelles. Le but de ce travail a été de contribuer à l'avancement de la connaissance des interactions entre R. solanacearum phyl II race 3 bv 2 et les milieux aquatiques naturels ou les plantes hôtes potentielles, dans l’espoir de développer les meilleures stratégies pour empêcher la propagation de l'agent pathogène et donc du flétrissement bactérien dans ces environnements. / [CA] El complex d'espècies de Ralstonia solanacearum és l'agent causal del pansiment bacterià, una malaltia vegetal que afecta a tot el món a cultius i plantes ornamentals de gran importància econòmica. El filotipo (fil) II raça 3 biovar (bv) 2 produeix la podridura marró de la patata i el pansiment bacterià en plantes solanàcies de climes temperats, i s'ha introduït recentment en algunes àrees de la Unió Europea i dels Estats Units, on aquest patogen es considera de quarantena. La presència de R. solanacearum fil II raça 3 bv 2 en aquestes zones ha fet sorgir certs interrogants sobre qüestions biològiques i fitopatològiques d'aquest bacteri, algunes de les quals s'han abordat en aquest treball. D'aquesta manera s'han valorat aspectes del comportament, la capacitat de supervivència i la capacitat per a la inducció de la malaltia, de R. solanacearum fil II raça 3 bv 2 de procedència europea en diferents espècies vegetals i diverses mostres d'aigua d'escorrentia superficial. El comportament pel que fa a la colonització de R. solanacearum fil II raça 3 bv 2 in planta ha proporcionat una classificació en hostes susceptibles o tolerants i en no hostes, en base a la localització histològica del patogen i el seu aïllament. S'observà que els hostes susceptibles i tolerants eren intensament envaïts a nivell del xilema de les arrels, però densament o bé feblement colonitzats respectivament a nivell del xilema de la tija. Cap d'ells ha de ser considerat com a candidat per a la rotació cultural. D'altra banda, es va observar que els no hostes no eren envaïts en el xilema de la planta, encara que podria haver presència esporàdica del patogen en el còrtex de les arrels o a la surperfície i, per tant, alguns podrien actuar com a reservoris. Els no hostes podrien ser seleccionats per als sistemes de rotació cultural després d'haver estat avaluats en condicions de camp. La capacitat de supervivència de R. solanacearum fil II raça 3 bv 2 en microcosmos d'aigua mediambiental s'ha vist influïda per factors abiòtics i biòtics. El patogen ha mostrat una resistència considerable quan ha estat exposat a l'oligotrofia com a únic factor d'estrès. Així, va recórrer a diverses estratègies que li van permetre sobreviure en microcosmos d'aigua mediambiental durant quatre anys sota condicions de limitació de nutrients, mantenint la capacitat per a la inducció de la malaltia en l'hoste fins i tot a través de reg. Les adaptacions per superar l'oligotrofia que s'han observat durant aquest llarg període han estat respostes de supervivència front a la privació de nutrients, l'entrada en l'estat viable no cultivable, una transformació progressiva de les típiques formes bacilars a cocoids de reduït tamany, els fenòmens de filamentació i gemmació, i l'agregació. El patogen també ha mostrat estratègies eficients quan ha estat exposat a diferents temperatures mediambientals simultàneament a les condicions d'escassetat de nutrients. D'aquesta manera, a 4°C el fred va induir un estat viable no cultivable que va ser dependent del contingut en nutrients de l'aigua, mentre que a 14°C i 24°C les respostes de supervivència front a la privació de nutrients, encara que aparentment similars, van revelar un efecte de la temperatura a la formació dels cocoids. D'altra banda, la persistència del patogen s'ha vist significativament reduïda en microcosmos d'aigua mediambiental per l'activitat predadora, competitiva o lítica dels protozous, els bacteris i/o els bacteriòfags que contenia l'aigua. Entre tots ells, es va determinar que els fags lítics eren els responsables principals del descens en les poblacions de R. solanacearum, si bé els protozous i els altres bacteris van contribuir en certa mesura. L'efecte va ser més apreciable a 24°C que a 14°C degut a que les interaccions biòtiques van ser més lentes a la temperatura més baixa. Aquest bacteri ha mostrat una gran capacitat d'adaptació, aconseguint sobreviure i mantenir el seu poder patogènic en pràcticament totes les condicions. La finalitat d'aquest treball és contribuir al progrés del coneixement de les interaccions entre R. solanacearum fil II raça 3 bv 2 i els seus ambients naturals, el que pot desenvolupar una millora de les estratègies per a la prevenció tant de la disseminació del patogen com de la propagació del pansiment bacterià en aquests ambients. / B. Álvarez specially thanks the Marie Curie Foundation for a Marie Curie Fellowship at the IFR40 in Toulouse (France) and the Instituto Valenciano de Investigaciones Agrarias for a predoctoral grant. This work has been funded by the European contract QLK3-CT-2000-01598 acronym “Potatocontrol” and FAIR 5-CT97-3632 of the European Union, FD 1997-2279 of the Ministerio de Educación y Ciencia of Spain and GV05/214 of the Generalitat Valenciana. / Álvarez Ortega, MB. (2009). Biology of Ralstonia Solanacearum Phylotype II in Host and Non-Host Environments [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/191532

Intestinal epithelial cells function, in part, to detect infection with pathogenic organisms and are key regulators of intestinal immune homeostasis. However, it is not fully understood how intestinal epithelial cells sense pathogen infection and coordinate the induction of protective immune defenses. Here, we define two new mechanisms of innate immune regulation in a metazoan host. First, we characterize the first bacterial pattern recognition receptor and its natural ligand in Caenorhabditis elegans. We show that the C. elegans nuclear hormone receptor NHR-86/HNF4 directly senses phenazine-1-carboxamide (PCN), a metabolite produced by pathogenic strains of Pseudomonas aeruginosa. PCN binds to the ligand-binding domain of NHR-86/HNF4, a ligand-gated transcription factor, and activates innate immunity in intestinal epithelial cells. In addition, we show that C. elegans NHR-86 senses PCN, and not other phenazine metabolites, as a marker of pathogen virulence to engage protective anti-pathogen defenses. Second, we show that a phase transition of the C. elegans Toll/interleukin-1 receptor domain protein (TIR-1) controls signaling by the C. elegans p38 PMK-1 MAPK pathway. Physiologic stress, both P. aeruginosa infection and sterol scarcity, induce multimerization of TIR-1 within intestinal epithelial cells. Like the mammalian homolog of TIR-1, SARM1, oligomerization and phase transition of C. elegans TIR-1 dramatically potentiate its NAD+ glycohydrolase activity. TIR-1/SARM1 multimerization and NAD+ glycohydrolase activity are required for activation of C. elegans p38 PMK-1 pathway signaling and pathogen resistance. These data uncover a mechanism by which nematodes interpret environmental conditions to prime innate immune defenses and promote survival in microbe rich environments. C. elegans animals augment these immune defenses by surveying for ligands specifically associated with toxigenic pathogens that are poised to cause disease. These findings define a new paradigm of intestinal immune control that informs the evolution of innate immunity in all metazoans.

[ES] El equilibrio de la homeostasis de proteínas es esencial para asegurar la funcionalidad celular. La expresión de proteínas propensas a plegarse mal induce la formación de agregados tóxicos que alteran el correcto funcionamiento de estos sistemas de control, lo que conduce a un desequilibrio de la homeostasis de proteínas, y por consiguiente a una afectación patológica. Varias enfermedades neurodegenerativas, como la enfermedad de Huntington (EH), Parkinson, Alzheimer, entre otras, tienen en común esta marca patológica molecular. Especialmente, la EH pertenece a un grupo de patologías producidas por proteínas que contienen expansiones de poliQs (varias ataxias espinocerebelosas, la atrofia muscular bulbar y espinal y la atrofia dentatorubro-pálidoluisiana), que hacen que estos péptidos sean propensos a la agregación, y causen los problemas que hemos descrito. A pesar de que estas enfermedades son genéticas, y se conoce su causa molecular, se cree que la presencia de variantes alélicas en otros genes puede exacerbar o ralentizar la agregación de proteínas con poliQs. Por tanto, la identificación de estos genes permitirá profundizar en los mecanismos moduladores de la dinámica de agregación de poliQs e identificar dianas terapéuticas frente a la toxicidad de poliQs. También es ampliamente conocido que el ARN que porta tripletes CAG tiene carácter patogénico. En este trabajo hemos desarrollado modelos, empleando C. elegans, que muestran signos indirectos de que están expresando transcritos CAG patogénicos, puesto que los tejidos diana están alterados. Usamos uno de estos modelos, que perturba la función de las neuronas GABAérgicas del gusano, para realizar un cribado de 85 compuestos farmacológicos, que nos llevó a identificar cuatro compuestos que reducían los defectos motores en estos animales. Además de poliQs y transcritos CAG, también se producen péptidos derivados de una traducción no canónica, conocida como traducción RAN. En relación a esto, hemos profundizado en la identificación y modelización de estos péptidos en C. elegans mediante la expresión de expansiones CAG fusionadas a proteínas fluorescentes para su detección in vivo. Además hemos empleado otros modelos ya existentes, para caracterizar potenciales dianas terapéuticas, como AMPK, la cual puede ser activada por diferentes sustancias. Sin embargo, algunas sustancias, como la metformina o el salicilato, son pleiotrópicas. Por tanto, hemos caracterizado la activación sinérgica de AMPK, mediante metformina y salicilato, para reducir el estrés por agregados de poliQs, con lo que podríamos evitar que otras dianas resulten activadas. Por último, hemos demostrado que este tratamiento sinérgico reduce la toxicidad inducida por la α -sinucleína implicada en la enfermedad de Parkinson. Por otro lado, hemos caracterizado en C. elegans un nuevo alelo que potencia la la agregación de poliQs, vlt10, en el gen unc-1. Nuestros resultados sugieren que la mutación unc-1(vlt10) perturba la sinapsis eléctrica entre las neuronas sensoriales IL2 y ASJ, induciendo un exceso de señalización hormonal que requiere la función de la sulfotransferasa SSU-1. También hemos demostrado que la diana de esta señal es un receptor nuclear llamado NHR-1. En este mismo capítulo, hemos identificado otra ruta de señalización hormonal, mediada por otro receptor nuclear (DAF-12), que tiene un papel protector. Se desconoce qué hormona modula la actividad de NHR-1. Sin embargo, hemos identificado que algunos de los genes regulados por NHR-1 están relacionados con el metabolismo lipídico. Además, hemos observado que la disrupción de unc-1 induce la acumulación de lípidos en los gusanos, pero a la vez estos animales contienen menos ácidos grasos totales. Esto sugiere que las grasas juegan un papel fundamental en la modulación de la agregación de poliQs, y quizás señala posibles dianas terapéuticas contra enfermedades causadas / [CA] L'equilibri de l'homeòstasi de proteïnes és essencial per a assegurar la funcionalitat cel·lular. L'expressió de proteïnes propenses a plegar-se malament indueix la formació d'agregats tòxics i altera el correcte funcionament dels sistemes de control, cosa que condueix a un desequilibri de l'homeòstasi de proteïnes, i per consegüent a una afectació patològica. Diverses malalties neurodegeneratives, com la malaltia de Huntington (MH), Parkinson i Alzheimer, entre altres, tenen en comú aquesta signatura patològica. Especialment, la MH pertany a un grup de patologies produïdes per proteïnes que contenen expansions de poliQs (s'inclouen diverses atàxies espinocerebel·loses 1, 2, 3, 6, 7 i 17, l'atròfia muscular bulbar i espinal, i l'atròfia dentatorúbrica-pàl·lidaluisiana), que fan que aquests pèptids siguen propensos a l'agregació, i causen els problemes que hem descrit. Malgrat que aquestes malalties són genètiques i es coneix la seva causa molecular, es creu que la presència de variants al·lèliques en gens pot incrementar o alentir l'agregació de proteïnes amb poliQs. Per tant, la identificació de gens modificadors permet aprofundir en els mecanismes moduladors de la dinàmica d'agregació de poliQs ens permet trobar dianes terapèutiques enfront de la toxicitat de poliQs. També és àmpliament conegut que l'ARN que contenen expansions CAG té caràcter patogènic. Per tant, hem desenvolupat models, utilitzant C. elegans, en els quals es mostren signes indirectes que expressen transcrits patogènics, ja que els teixits diana revelen una funcionalitat alterada. Utilitzant aquests models, que alteren la funció de les neurones GABAèrgiques del cuc, hem realitzat un cribratge de 85 compostos farmacològics, que ens va portar a identificar quatre compostos que reduïen els defectes motors en aquests animals. A més de poliQs i l'ARN que conté expansions de CAG, es produeixen pèptids derivats d'una traducció no canònica, coneguda com a traducció RAN. En relació amb això, hem aprofundit en la identificació i modelització d'aquests pèptids en C. elegans mitjançant l'expressió d'expansions CAG fusionades a proteïnes fluorescents per a la seva detecció in vivo. A més hem emprat models ja generats, per a caracteritzar potencials dianes terapèutiques, com AMPK puga ser activat per diversos fàrmacs. No obstant això, alguns activadors, com la metformina o el salicilat, són substàncies pleiotròpiques. Per tant, hem caracteritzat l'activació sinèrgic de AMPK, mitjançant metformina i salicilat, per a reduir l'estrés induït per agregats de poliQs i s'evita l'activació de dianes no desitjades. I finalment, hem demostrat que aquest tractament sinèrgic podria ser utilitzat per a reduir proteïnes tòxiques com la α-sinucleína, causant de la malaltia de Parkinson. D'altra banda, hem caracteritzat un nou modulador de l'agregació de poliQs, vlt10, en el gen unc-1, que produeix un augment d'agregació de poliQs. Els nostres resultats suggereixen que la mutació unc-1(vlt10) pertorba la sinapsi elèctrica entre les neurones sensorials IL2 i ASJ, induint un excés de senyalització hormonal que requereix la funció de la sulfotransferasa SSU-1. També hem demostrat que la diana d'aquest senyal és un receptor nuclear anomenat NHR-1. En el mateix capítol, hem identificat una altra ruta de senyalització hormonal, mitjançada per un altre receptor nuclear (DAF-12), que té un paper protector. Es desconeix l'hormona que modula l'activitat de NHR-1. No obstant això, hem identificat que alguns del genes regulats per NHR-1 estan relacionats amb el metabolisme lipídic. els resultats han sigut confirmats. També hem observat que la disrupció de unc-1 indueix l'acumulació de lípids en els cucs, però simultàniament aquests animals contenen menys àcids grassos totals. Això suggereix que els greixos juguen un paper fonamental en la modulació de l'agregació de poliQs, i potser assenyala / [EN] The balance of protein homeostasis is essential to ensure cellular functionality. The expression of proteins that are prone to misfolding induces the formation of toxic aggregates, which leads to an imbalance in protein homeostasis and pathological consequences. Several neurodegenerative diseases, such as Huntington disease (HD), Parkinson, Alzheimer, among others, have this molecular pathological mark in common. HD belongs to a group of pathologies produced by proteins that contain expansions of polyQs (several spinocerebellar ataxias 1, 2, 3, 6, 7 and 17, bulbar and spinal muscular atrophy and the dentatorubral-pallidoluysian atrophy), which make these peptides prone to aggregation, and cause the problems described above. Although these diseases are genetic, and their molecular cause is known, it is believed that the presence of allelic variants in other genes can exacerbate or slow the polyQ aggregation. Therefore, the identification of these genes will allow delving into the modulating mechanisms of the polyQ aggregation dynamics and find therapeutic targets against the polyQ toxicity. In addition, RNA that contains CAG triplets is pathogenic. In this work we have developed models using C. elegans that show indirect signs of pathogenic transcript expression since altered functionality was observed in target tissues. We use a model, which disturbs the function of the worm's GABAergic neurons, to screen for 85 pharmacological compounds, which led us to identify four compounds that reduced motor defects in these animals. In addition to polyQs and CAG transcripts, also are produced peptides derived from a non-canonical translation, known as RAN translation. In this regard, we have delved into the identification and modelling of these peptides in C. elegans through the expression of CAG expansions fused to fluorescent proteins to investigate them in vivo. Furthermore, we have used models previously generated to characterize potential therapeutic targets, such as AMPK. This enzyme can be activated using different compounds. However, some activators, such as metformin or salicylate, are pleiotropic substances. Therefore, in the second chapter of this thesis, we have characterised the synergistic activation of AMPK, using metformin and salicylate, to reduce the stress induced by polyQ aggregates and prevent possible unwanted targets from being activated. Finally, we have shown that this synergistic treatment could be used to reduce α-synuclein toxicity, which is involved in Parkinson disease. On the other hand, we have characterised a new allele that enhances polyQ aggregation, vlt10, in the unc-1 gene. Our results suggest that the unc-1(vlt10) mutation disturbs the electrical synapse between sensory neurons IL2 and ASJ, inducing an excess of hormonal signalling that requires the function of the sulfotransferase SSU-1. We have also shown that the target of this signal is the nuclear receptor NHR-1. In the same chapter, we have identified another hormonal signalling pathway, mediated by another nuclear receptor (DAF-12), which has a protective role. It is unknown which hormone modulates the activity of NHR-1. However, we have identified several genes that regulate lipid metabolism and whose expression could be modulated by NHR-1. In addition, we have observed that the disruption of unc-1 induces the accumulation of lipids in worms, but at the same time these animals contain less total fatty acids. Thus, our results suggest that the metabolism of fats play a key role in modulating polyQs aggregation, highlighting potential therapeutic targets against diseases caused by aggregation-prone proteins. / Gómez Escribano, AP. (2021). Modelos de toxicidad inducidos por microsatélites CAG y caracterización de dianas terapéuticas en C. elegans [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/166783