Limb outgrowth is controlled by a specialized group of cells called the apical ectodermal ridge (AER), a thickening of the limb epithelium, at its distal tip. This specialized thickening of ectodermal cells is responsible for maintaining the underlying mesenchymal cells in an undifferentiated and proliferative state, and its structure is preserved through a fine-tuned balance between proliferation and apoptosis. This equilibrium is genetically controlled but little is known about the molecules involved in this process. Several authors have been shown that both fibroblast growth factor (FGF) and Erk pathway activation are crucial for AER function. Recently, FLRT3, a transmembrane protein able to interact with FGF receptors, has been implicated in the triggering of ERK activity by FGFs. In this thesis, we show that flrt3 expression is restricted to the AER, co-localizing its expression with fgf8 and pERK activity. Loss-of-function studies demonstrate that silencing of flrt3 affects the integrity of the AER and, subsequently, its proper function during limb bud outgrowth. Our data also indicate that flrt3 expression is not regulated by FGF activity in the AER, whereas ectopic WNT3A is able to induce flrt3 expression. Overall, our findings confirm flrt3 as a key player during chicken limb development, being necessary but not sufficient for proper AER formation and maintenance under the control of BMP and WNT signalling. During limb bud development, AER structure is maintained through a fine-tuned balance between proliferation and programmed cell death and this equilibrium is genetically controlled, although little is known about the molecules involved in that process. In this thesis we present evidences involving oct4, required to establish and maintain the pluripotent cell population necessary for embryogenesis in mouse and human, in the control of the proliferative balance within the AER cells. Overexpression of otc4 in the limb ectoderm disrupts the ratio apoptosis/proliferation and, moreover, oct4 expression is under the control of wnt-canonical pathway. We also describe a special localization and behaviour of proliferating cells in the AER in response to oct4 activity. We, therefore, describe a role for oct4 as a factor able to maintain a niche of cells that is responsible for the renewal of the AER. / El crecimiento del esbozo de la extremidad está controlado por un grupo especializado de células denominado Cresta Ectodérmica Apical (CEA), un engrosamiento del epitelio del miembro en su borde más distal. Este engrosamiento es responsable del mantenimiento de las células del mesodermo distal en un estado indiferenciado y proliferativo. Diferentes estudios muestran que la actividad de los factores de crecimiento fibroblástico (FCF) y de la vía Erk son cruciales para la correcta funcionalidad de la CEA. Recientemente se ha implicado a FLRT3, una proteína transmembranal capaz de interaccionar con los receptores de los FCF, en la activación de la vía Erk por los mismos. En esta tesis describimos cómo la expresión de flrt3 se restringe a la CEA, colocalizándose su expresión con fgf8 y la actividad de la vía Erk. Los experimentos de pérdida de función demuestran que la inhibición de flrt3 afecta la integridad de la CEA y, consecuentemente, a su función durante el desarrollo del esbozo del miembro. Nuestros datos también indican que la expresión de flrt3 no está regulada a través de los FCF en la CEA, sin embargo, la activación ectópica de WNT3A es capaz de inducir la expresión de flrt3. En conjunto, nuestros resultados demuestran que flrt3 es una molécula clave durante el desarrollo de las extremidades de pollo, siendo necesaria, pero no suficiente, para la correcta formación y mantenimiento de la CEA bajo el control de la señalización a través de BMP y WNT. Durante el desarrollo de las extremidades, la estructura de la CEA se mantiene a través de un fino control del balance entre la proliferación y apoptosis. Este equilibrio se encuentra genéticamente controlado aunque se sabe muy poco acerca de las moléculas involucradas en este proceso. En esta tesis presentamos evidencias en las que oct4, molécula necesaria para establecer y mantener la población de células pluripotentes necesarias durante la embriogénesis en ratón y humanos, controla la tasa de proliferación en las células de la CEA. La expresión ectópica de oct4 en el ectodermo del esbozo de la extremidad perturba la razón entre la apoptosis y la proliferación y, además, su expresión está controlada por la actividad de la vía canónica de los Wnt. También describimos en este trabajo la localización y comportamiento especiales de las células de la CEA en proliferación como respuesta a la actividad de oct4. Por consiguiente, podemos inferir que el rol de oct4 será el de un factor necesario para mantener un nicho celular responsable por la renovación de la CEA.

Currently, the IPv4 protocol is heavily used by institutions, companies and individuals, but every day there is a higher number of devices connected to the network such as home appliances, mobile phones or tablets. Each machine or device needs to have its own IP address to communicate with other machines connected to Internet. This implies the need for multiple IP addresses for a single user and the current protocol begins to show some deficiencies due to IPv4 address space exhaustion. Therefore, for several years experts have been working on an IP protocol update: the IPv6 128-bit version can address up to about 340 quadrillion system devices concurrently. With IPv6, today, every person on the planet could have millions of devices simultaneously connected to the Internet. The choice of the IP protocol version affects the performance of the UMTS mobile network and the browsers as well. The aim of the project is to measure how the IPv6 protocol performs compared to the previous IPv4 protocol. It is expected that the IPv6 protocol generates a smaller amount of signalling and less time is required to fully load a web page. We have analysed some KPIs (IP data, signalling, web load time and battery) in lab environment using Smartphones, to observe the behaviour of both, the network and the device.  The main conclusion of the thesis is that IPv6 really behaves as expected and generates savings in signalling, although the IP data generated is larger due to the size of the headers. However, there is still much work as only the most important webpages and the applications with a high level of market penetration operate well over the IPv6 protocol. / Cada día existe un mayor número de dispositivos conectados a la red, tales como electrodomésticos, teléfonos móviles inteligentes o tabletas, por lo que la red debe evolucionar constantemente y ser capaz de proveer servicio a todos los usuarios. Cada equipo necesita tener su propia dirección IP para comunicarse con otras máquinas conectadas a Internet, por lo que es necesario tener un gran número de direcciones IP y la versión del protocolo actual comienza a mostrar algunas deficiencias (debido fundamentalmente al agotamiento del espacio de direccionamiento IPv4 y algunas funciones de seguridad que han quedado obsoletas). Desde hace varios años, los expertos están trabajando en una actualización del protocolo IP: la versión seis (llamada IPv6) que utiliza 128 bits para el direccionamiento pudiendo administrar simultáneamente hasta unos 340 trillones de dispositivos al mismo tiempo. La elección de la versión del protocolo IP afecta al comportamiento de la red móvil, ya que los expertos todavía están optimizando y realizando cambios en la arquitectura de red y en los dispositivos para soportar el protocolo IPv6. El objetivo del proyecto consiste en comparar y evaluar las diferentes versiones del protocolo IP utilizado, en gran medida, para acceder a la red de internet. La principal conclusión del proyecto es que IPv6 realmente se comporta como se espera y genera ahorros en la señalización, aunque los datos IP generados son mayores. Sin embargo, aún queda mucho trabajo por hacer, ya que sólo las páginas más importantes y las aplicaciones más utilizadas por los usuarios funcionan bien sobre el protocolo IPv6.

En este trabajo de tesis doctoral se ha utilizado el organismo modelo Saccharomyces cerevisiae para estudiar cómo las células eucariotas responden a nivel molecular y se adaptan eficazmente a cambios en la concentración osmótica del medio. Este hecho suscita gran interés en la industria de las fermentaciones; también en la agricultura, dado el creciente problema de salinidad de los suelos. Los resultados obtenidos a través de la utilización de técnicas bioquímicas y de biología molecular demuestran que en situaciones de estrés, las células de levadura ajustan sus niveles de ergosterol a través de la activación de una compleja cascada de regulación transcripcional. Este descubrimiento ha revelado nuevos datos que ayudan a entender mejor la homeostasis de esteroles. Este proceso es fisiológicamente similar al que ocurre en células de mamíferos, donde es fundamental mantener los lípidos a niveles óptimos, ya que alteraciones en los mismos pueden dar lugar a enfermedades como la obesidad, diabetes tipo 2 o arterioesclerosis. Por otra parte, muchas infecciones fúngicas en individuos inmunodeprimidos se tratan mediante el empleo de drogas que actúan sobre enzimas de la ruta de biosíntesis de ergosterol, lo que sostiene la relevancia del estudio de la regulación de la síntesis de este lípido de membrana. Por último, el análisis genómico mediante ensayos ChIP-Chip y ChIP-Seq de algunos de los principales reguladores implicados en la compleja respuesta a estrés osmótico, aporta nueva información para comprender cómo los organismos, a través de la evolución, han organizado diferentes -pero estrechamente vinculados- módulos de regulación para hacer frente rápidamente a situaciones de estrés. / Martínez Montañés, FV. (2010). Adaptación a estrés osmótico en Saccharomyces cerevisiae: Caracterización genómica de factores de transcripción involucrados y represión de la biosíntesis de ergosterol [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/9311

[ES] Las proteínas DELLA son elementos centrales de la ruta de señalización por giberelinas (GAs), donde actúan como represores de las respuestas a GAs. En angiospermas, se ha observado que las DELLAs interaccionan con cientos de factores de transcripción y otros reguladores transcripcionales, modulando de este modo la expresión génica. Por lo tanto, la participación generalizada de las GAs a lo largo del ciclo vital de las plantas es una consecuencia directa de la promiscuidad de las proteínas DELLA y de su rol como reguladores transcripcionales clave. Aunque las DELLAs se encuentran en todas las plantas terrestres, solo son reguladas por GAs en traqueofitas, en las cuales se han centrado la mayoría de los estudios previos. El trabajo aquí presentado pretende descifrar en qué punto de la evolución las DELLAs adquirieron las características moleculares que las convierten en "hubs", y qué ventajas biológicas podrían estar relacionadas con la evolución de las DELLAs. En el primer capítulo, describimos análisis comparativos de redes de co-expresión génicas asociadas a DELLA en especies vasculares y no vasculares, y proponemos que las DELLAs tienen un papel crítico en la conformación de panoramas transcripcionales. Desde su aparición en el ancestro de las plantas terrestres, conectaron múltiples programas transcripcionales que serían independientes sin ellas, mejoraron la eficiencia de la transmisión de información y aumentaron el nivel de complejidad en la regulación transcripcional. También observamos que este efecto se incrementó tras su integración en la señalización por GAs. En el segundo capítulo, proporcionamos pruebas experimentales más sólidas que extienden esta conclusión. Usando una combinación de rastreos de doble híbrido en levadura dirigidos, con DELLAs de diferentes posiciones en el linaje vegetal, y complementación heteróloga en plantas de Arabidopsis y Marchantia, mostramos que la promiscuidad es una característica conservada en todas las proteínas DELLA examinadas; lo cual sugiere que esta propiedad puede haber estado codificada en la DELLA ancestral, y después se mantuvo a lo largo de la evolución, con episodios de co-evolución entre las DELLAs y sus interactores. Finalmente, la comparación de dianas transcripcionales de las DELLAs en diferentes especies muestra la llamativa conservación de un pequeño conjunto de funciones reguladas por DELLAs en plantas vasculares y no vasculares -incluyendo la respuesta a factores de estrés-, mientras que análisis comparativos de promotores indican que las dianas específicas de cada especie aparecen mediante al menos dos mecanismos: el establecimiento de nuevas interacciones de la DELLA, y el acceso a nuevos promotores diana a través de interactores conservados. En resumen, proponemos que las DELLAs son proteínas intrínsecamente promiscuas, con propiedades de "hub" en virtualmente todas las plantas, y la conservación de sus dianas transcripcionales depende en gran medida de la evolución de sus interactores. La conservación de las propiedades de "hub" de las proteínas DELLA las convierte en dianas biotecnológicas ideales, ya que la mayoría del conocimiento generado en una especie podría ser fácilmente adaptado a otras especies relativamente lejanas. / [CA] Les proteïnes DELLA són elements centrals de la ruta de senyalització per gibberel·lines (GAs), on actuen com a repressors de les respostes a GAs. En angiospermes, s'ha observat que les DELLAs interaccionen amb centenars de factors de transcripció i altres reguladors transcripcionals, modulant d'aquesta manera l'expressió gènica. Per tant, la participació generalitzada de les GAs al llarg del cicle vital de les plantes és una conseqüència directa de la promiscuïtat de les proteïnes DELLA i del seu rol com a reguladors transcripcionals clau. Tot i que les DELLAs es troben en totes les plantes terrestres, només són regulades per GAs en traqueofites, en les quals s'han centrat la majoria dels estudis anteriors. El treball ací presentat pretén desxifrar en quin punt de l'evolució les DELLAs van adquirir les característiques moleculars que les converteixen en "hubs", i quins avantatges biològics podrien estar relacionats amb l'evolució de les DELLAs. En el primer capítol, descrivim anàlisis comparatius de xarxes de co-expressió gèniques associades a DELLA en espècies vasculars i no vasculars, i proposem que les DELLAs tenen un paper crític en la conformació de panorames transcripcionals. Des de la seua aparició en l'ancestre de les plantes terrestres, van connectar múltiples programes transcripcionals que serien independents sense elles, van millorar l'eficiència de la transmissió d'informació i augmentar el nivell de complexitat en la regulació transcripcional. També observem que aquest efecte es va incrementar després de la seua integració en la senyalització per GAs. En el segon capítol, proporcionem proves experimentals més sòlides que estenen aquesta conclusió. Usant una combinació de rastrejos de doble híbrid en rent dirigits, amb DELLAs de diferents posicions en el llinatge vegetal, i complementació heteròloga en plantes d'Arabidopsis i Marchantia, vam mostrar que la promiscuïtat és una característica conservada en totes les proteïnes DELLA examinades; la qual cosa suggereix que aquesta propietat pot haver estat codificada en la DELLA ancestral, i després es va mantenir al llarg de l'evolució, amb episodis de co-evolució entre les DELLAs i els seus interactors. Finalment, la comparació de dianes transcripcionals de les DELLAs en diferents espècies mostra la cridanera conservació d'un petit conjunt de funcions regulades per DELLAs en plantes vasculars i no vasculars -incloent la resposta a factors de estrès-, mentre que anàlisis comparatius de promotors indiquen que les dianes específiques de cada espècie apareixen mitjançant al menys dos mecanismes: l'establiment de noves interaccions de la DELLA, i l'accés a nous promotors diana a través d'interactors conservats. En resum, proposem que les DELLAs són proteïnes intrínsecament promíscues, amb propietats de "hub" en virtualment totes les plantes, i la conservació de les seues dianes transcripcionals depèn en gran mesura de l'evolució dels seus interactors. La conservació de les propietats de "hub" de les proteïnes DELLA les converteix en dianes biotecnològiques ideals, ja que la majoria del coneixement generat en una espècie podria ser fàcilment adaptat a altres espècies relativament llunyanes. / [EN] DELLA proteins are central elements of the gibberellin (GA) signaling pathway, where they act as repressors of GA responses. In angiosperms, DELLAs have been shown to interact with hundreds of transcription factors and other transcriptional regulators, thereby modulating gene expression. Hence, the widespread involvement of GAs along the plant life cycle is a direct consequence of the promiscuity of DELLA proteins and their role as key transcriptional regulators. Although DELLAs can be found in all land plants, they are only regulated by GAs in tracheophytes, where most of the previous studies have been focused. The work presented here aims to decipher at which point in evolution did DELLAs acquired the molecular features that render them as 'hubs', and what biological advantages could be related with DELLA evolution. In the first chapter, we describe comparative analyses of DELLA-associated gene co-expression networks in vascular and non-vascular species and propose that DELLAs have a critical role in the conformation of transcriptional landscapes. Upon their emergence in the ancestor of land plants, they connected multiple transcriptional programs that would be independent without them, improved the efficiency of information transmission and increased the level of complexity in transcriptional regulation. We also observed that this effect was enhanced after their integration in GA signaling. In the second chapter, we provide stronger experimental evidence that extends this conclusion. Using a combination of targeted yeast two-hybrid screenings with DELLAs from different positions in the plant lineage, and heterologous complementation in Arabidopsis and Marchantia plants, we show that promiscuity is a conserved feature in all the examined DELLA proteins, which suggests that this property might have been encoded in the ancestral DELLA, and then maintained along evolution, with episodes of co-evolution between DELLAs and their partners. Finally, comparison of DELLA transcriptional targets in different species shows a striking conservation of a small set of functions regulated by DELLAs in vascular and non-vascular plants -including the response to stress factors-, while comparative promoter analysis indicates that species-specific DELLA targets emerge through at least two mechanisms: establishment of novel DELLA interactions, and the access by conserved partners to new target promoters. In summary, we propose that DELLAs are intrinsically promiscuous proteins, with hub properties in virtually all land plants, and the conservation of their transcriptional targets largely depends on the evolution of their interactors. The conservation of the hub properties of DELLA proteins makes them ideal biotechnological targets, as most of the knowledge generated in one species could be readily adapted to other relatively distant species. / Esta tesis doctoral ha sido posible gracias a un contrato predoctoral FPU del Ministerio de Educación (FPU2014-01941). / Briones Moreno, A. (2020). Evolution of DELLA proteins as transcriptional hubs in plants [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/159378

[ES] Las poliaminas son metabolitos esenciales para el crecimiento de las células eucariotas y su metabolismo está frecuentemente desregulado en cáncer. Una de las dianas moleculares de las poliaminas es el factor de elongación de la traducción eIF5A, una proteína esencial y conservada evolutivamente. eIF5A es la única proteína conocida que contiene el aminoácido hipusina, que deriva de la poliamina espermidina. En humanos existen dos isoformas, eIF5A1 y eIF5A2. EIF5A2 se encuentra en el cromosoma 3q26, una región frecuentemente amplificada en muchos tumores y que está altamente expresada en varios tipos de cáncer, incluyendo el cáncer de pulmón no microcítico (CPNM). eIF5A2 es esencial para el mantenimiento de la proliferación celular y su inhibición la suprime en algunos tumores. Recientemente se ha correlacionado la sobreexpresión de eIF5A2 con la invasión y como biomarcador de mal pronóstico en algunos cánceres, y se ha observado que eIF5A2 induce la transición epitelio-mesenquimal (EMT) en CPNM. La EMT es un proceso complejo y reversible que induce la diferenciación de las células epiteliales a células mesenquimales migrantes con capacidad de invasión. Numerosos estudios han demostrado que la EMT está relacionada con la progresión del cáncer, metástasis y mal pronóstico en tumores. Por tanto, la determinación de un método eficaz para inhibir la EMT en CPNM podría mejorar significativamente los tratamientos actuales. La naturaleza altamente selectiva de la hipusinación de eIF5A2 y su susceptibilidad a la inhibición farmacológica sugieren que eIF5A2 es una diana terapéutica muy atractiva. Actualmente, se dispone de un análogo de poliamina, GC7, que se utiliza para inhibir la hipusinación y se ha demostrado que frena el crecimiento de células cancerosas. El presente trabajo de tesis doctoral tiene como objetivo caracterizar el papel patológico de eIF5A2 en el desarrollo del CPNM. Para ello, hemos estudiado, mediante modificaciones genéticas por silenciamiento y sobreexpresión, el papel de eIF5A2 en la proliferación, motilidad e invasión celular utilizando líneas celulares de CPNM. Así mismo, se ha estudiado el efecto del inhibidor GC7 en líneas celulares de CPNM y modelos murinos para determinar si previene o revierte la EMT, y reduce la migración y la invasión de células de CPNM. Por último, se ha analizado la correlación entre la expresión de eIF5A2, las variables clínico-patológicas y la supervivencia de los pacientes en una colección de muestras de pacientes con CPNM. Los resultados obtenidos sugieren la existencia de una regulación entre las isoformas eIF5A1 y eIF5A2 para compensar la expresión de ambos homólogos. Además, nuestros datos apuntan a una coordinación temporal y posicional entre las vías de TGFß1 y eIF5A2 para impulsar la traducción de proteínas requerida para el reordenamiento del citoesqueleto y la motilidad de las células cancerosas invasivas. Hemos demostrado con modelos de ratón in vivo, que los tumores generados mediante xenotrasplante de células que sobreexpresan eIF5A2 tienen mayor capacidad invasiva. Finalmente, mostramos la existencia de una correlación positiva entre la expresión de eIF5A2 y el marcador de proliferación Ki67 en tejido de tumores de CPNM, y que la tasa de supervivencia es menor en aquellos pacientes que expresan niveles elevados de eIF5A2. Los resultados obtenidos en este trabajo confirman que eIF5A2 podría ser empleado como un biomarcador de mal pronóstico en CPNM y su inhibición farmacológica podría emplearse como una posible herramienta terapéutica, sola o en combinación con otros fármacos, en aquellos casos en los que eIF5A2 se encuentre sobreexpresado. / [CA] Les poliamines són metabòlits essencials per al creixement de les cèl·lules eucariotes i el seu metabolisme està frequentment desregulat en càncer. Una de les dianes moleculars de les poliamines és el factor d'elongació de la traducció eIF5A, una proteïna essencial i conservada evolutivament. eIF5A és l'única proteïna cel·lular coneguda que conté l'aminoàcid hipusina, que deriva de la poliamina espermidina. En humans hi ha dues isoformes, eIF5A1 i eIF5A2. EIF5A2 es troba al cromosoma 3q26, una regió freqüentment amplificada en molts tumors, i que està altament expressada en diferent tipus de càncer, incloent el càncer de pulmó no microcític (CPNM). eIF5A2 és essencial per al manteniment de la proliferació cel·lular i la seva inhibició la suprimeix en alguns tumors. Recentment s'ha correlacionat la sobreexpressió d'eIF5A2 amb la invasió i com a biomarcador de mal pronòstic a alguns càncers i s'ha observat que eIF5A2 indueix la transicició epiteli-mesenquima (EMT) en CPNM. L'EMT és un procés complex i reversible que indueix la diferenciació de les cèl·lules epitelials a cèl·lules mesenquimals migrants amb capacitat d'invasió. Nombrosos estudis han demostrat que l'EMT està relacionada amb la progressió del càncer, la metàstasi i el mal pronòstic en molts tumors. Per tant, la determinació d'un mètode eficaç per inhibir l'EMT a CPNM podria millorar significativament els règims dels tractaments actuals. La naturalesa altament selectiva de la hipusinació d'eIF5A2 i la susceptibilitat a la inhibició farmacològica fan d'aquesta proteina una diana terapèutica molt atractiva. Actualment, es disposa d'un anàleg de poliamina, anomenat GC7, que s'utilitza per inactivar la reacció d'hipusinació i s'ha demostrat que inhibeix el creixement de cèl·lules canceroses. Aquest treball de tesi doctoral té com a objectiu caracteritzar el paper patològic d'eIF5A2 en el desenvolupament del CPNM. Per això, hem estudiat, mitjançant modificacions genètiques per silenciament i sobreexpressió, el paper d'eIF5A2 en la proliferació, la motilitat i la invasió cel·lular utilitzant línies cel·lulars de càncer de pulmó. Així mateix, s'ha estudiat l'efecte de l'inhibidor GC7 en línies cel·lulars de CPNM i models murins per determinar si augmenta la quimiosensibilitat de les cèl·lules, prevé o reverteix l'EMT i redueix la migració i la invasió de cèl·lules de CPNM. Finalment, s'ha analitzat la correlació entre l'expressió d'eIF5A2, les variables clinicopatològiques i la supervivència dels pacients en una col·lecció de mostres de pacients amb CPNM. Els resultats obtinguts suggereixen que hi ha una regulació entre les isoformes eIF5A1 i eIF5A2 per compensar l'expressió dels dos homòlegs. A més, les nostres dades apunten a una coordinació temporal i posicional entre les vies de TGFß1 i eIF5A2 per impulsar la traducció requerida de proteïnes per als reordenaments del citosquelet i les característiques de motilitat de les cèl·lules canceroses invasives. Hem demostrat amb models de ratolí in vivo que els tumors generats mitjançant xenotrasplantament de cèl·lules que sobreexpressen eIF5A2 tenen més capacitat invasiva. Finalment, mostrem l'existència una correlació positiva entre l'expressió d'eIF5A2 i el marcador de proliferació Ki67 en teixit de tumors de CPNM, i que la taxa de supervivència és menor en aquells pacients que expressaven alts nivells d'eIF5A2. Els resultats obtinguts en aquest treball confirmen que eIF5A2 podria ser emprat com un biomarcador de mal pronòstic a CPNM i la seva inhibició farmacològica podria utilitzar-se com una possible eina terapèutica, sola o en combinació amb altres fàrmacs, en aquells casos en què eIF5A2 es trobe sobreexpressat. / [EN] Polyamines are essential metabolites for eukaryotic cells growth, and their metabolism is frequently deregulated in cancer. One of the molecular targets of polyamines is the translation elongation factor eIF5A, an essential and evolutionarily conserved protein. eIF5A is the only protein known that contains the amino acid hypusine, which is derived from the polyamine spermidine. In humans there are two isoforms, eIF5A1 and eIF5A2. EIF5A2 is located on chromosome 3q26, a region frequently amplified in different types of cancer, including non-small cell lung cancer (NSCLC). eIF5A2 is essential for the maintenance of cell proliferation and its inhibition suppresses it in many tumors. Recently, eIF5A2 overexpression has been correlated with invasion and as a biomarker of poor prognosis in some cancers, and it has been observed that eIF5A2 induces epithelial-mesenchymal transition (EMT) in NSCLC. EMT is a complex and reversible process that induces the differentiation of epithelial cells into migrant mesenchymal cells with invasive capacity. Numerous studies have shown that EMT is related to cancer progression, metastasis, and poor prognosis in many tumors. Therefore, the determination of an effective method to inhibit EMT in NSCLC could significantly improve current treatment regimens. The highly selective nature of eIF5A2 hypusination and its susceptibility to pharmacological inhibition make this process a very attractive therapeutic target. Currently, a polyamine analog, called GC7, is available and is used to inactivate the hypusination reaction and has been shown to inhibit cancer cell growth. The objective of this doctoral thesis is to characterize the pathological role of eIF5A2 in the development of NSCLC. For this, we have studied, through genetic alterations by silencing and overexpression, the role of eIF5A2 in cell proliferation, motility and invasion using lung cancer cell lines. Likewise, the effect of the GC7 inhibitor in NSCLC cell lines and murine models has been studied to determine if it increases the chemosensitivity of cells, prevents or reverses EMT, and reduces migration and invasion of NSCLC cells. Finally, the correlation between the expression of eIF5A2, clinicopathological variables and patient survival has been analyzed in a collection of samples from patients with NSCLC. The results obtained suggest the existence of a regulation between the eIF5A1 and eIF5A2 isoforms to compensate the expression of both homologues. Furthermore, our data point to a temporal and positional coordination between the TGFß1 and eIF5A2 pathways to drive the required translation of proteins for cytoskeletal rearrangements and motility characteristics of invasive cancer cells. We have demonstrated with in vivo mouse models that tumors generated by xenotransplantation of cells that overexpress eIF5A2 have a greater invasive capacity. Finally, we show the existence of a positive correlation between the expression of eIF5A2 and the proliferation marker Ki67 in NSCLC tumor tissue, and that the survival rate is lower in those patients who expressed high levels of eIF5A2. The results obtained in this work confirm that eIF5A2 could be used as a biomarker of poor prognosis in NSCLC and its pharmacological inhibition could be used as a possible therapeutic tool, alone or in combination with other drugs, in those cases in which eIF5A2 is found overexpressed. / Martínez Férriz, A. (2023). Funciones del factor de inicio de la traducción eucariota 5A2 en el cáncer de pulmón [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/193293

[EN] Post-transcriptional modification of the wobble uridine (U34) of a tRNA set is an evolutionary conserved process, produced by homologous proteins from the MnmA/MTU1, MnmE/GTPBP3 and MnmG/MTO1 families. Mutations in the human genes MTU1 and GTPBP3 or MTO1 produce acute infantile liver failure, and hypertrophic cardiomyopathy and lactic acidosis, respectively, which usually cause lethality in the first months of life. It is assumed that the primary cause of these diseases is the lack of the modifications introduced by the MTU1 protein in position 2 (tiol) and GTPBP3 and MTO1 proteins (taurinomethylation) in position 5 at U34 in a subgroup of mt-tRNAs. Nevertheless, the molecular mechanisms underlying these diseases (and other diseases associated with such modifications) are not clear. The reason why the typical defects of oxidative phosphorylation (due to impaired mitochondrial translation) produce such wide range of phenotypes is still unknown. Our hypothesis sustains that the mitochondria-nucleus retrograde signaling pathways triggered by the hypomodification at position 2 and 5 of U34 are different, and that each nuclear response is modulated by the genetic and epigenetic programs of cells and organisms. In this work, we have used the nematode Caenorhabditis elegans as a model organism to study the effects of inactivating the homologue proteins to MTU1, GTPBP3 and MTO1, which we have named as MTTU-1, MTCU-1 and MTCU-2, respectively. We have proved that these nuclear encoded proteins are located in mitochondria and are involved in U34 modification of mt-tRNAs. The mtcu-1 and mtcu-2 mutants show a reduction in fertility, while the mttu-1 mutant shows a reduction in fertility and a lengthening of the reproductive cycle (both phenotypes are thermosensitive). The phenotypes exhibited by the mttu-1, mtcu-1 and mtcu-2 mutants support our hypothesis, in which the mttu-1 single mutation, on the one hand, and the mtcu-1 and mtcu-2 single mutations, on the other hand, trigger different retrograde signaling pathways which produce specific nucear expression. Thus, a nuclear dependent phenotypic trait (as transcription or mt-tRNAs stability) and the expression of nuclear genes as ucp-4, hsp-6, hsp-60 and other genes involved in mitochondrial metabolism show a differential pattern in both group of mutants. hsp-6 and hsp-60 genes (UPRmt markers) are downregulated in mttu-1 single mutant, which could be related to fertility and reproductive cycle thermosensitivity. The three single mutants exhibit reduced expression of glycolysis and ß-oxidation genes (usually more drastic in the mttu-1 mutant), an induction of a glutaminolysis marker, and an induction of the ucp-4 gene, which encodes a transporter of the succinate to the mitochondria. Due to all three single mutants display a mild OXPHOS dysfunction, we propose that the observed changes in the expression of genes involved in the mitochondrial metabolism reveal a TCA cycle reprogramming aimed to compensate the reduction of acetil-CoA (coming from glycolysis and fatty acid oxidation) though the activation of anaplerotic pathways characterized by the succinate import to mitochondria by UCP-4 and the incorporation of 2-oxoglurate from glutaminolysis. We also analyze the effects of the simultanous suppression of modifications at positions 2 and 5 of U34 in C. elegans. The double mutant mtcu-2;mttu-1 displayed a severe OXPHOS dysfunction and a 5-fold higher AMP/ATP ratio, which was associated with embryonic lethality, developmental arrest in primary larval stages, penetrant sterility in adults and extended lifespan. This lifespan extension is modulated by signaling pathways which depend on AMPK (specifically on AAK-1 catalitic subunit) and steroid hormones, through DAF-9 and DAF-12 proteins. This work shows the important gene reprogramming related to mitochondrial metabolism in response to U34 hypomodification of mt-tRNAs, and shows new connexions between signaling pathways that extend lifespan. / [ES] La modificación post-transcripcional de la uridina de tambaleo (U34) de ciertos tRNAs es un proceso conservado evolutivamente, realizado por proteínas homólogas de las familias MnmA/MTU1, MnmE/GTPBP3 y MnmG/MTO1, y biológicamente relevante. De hecho, mutaciones en los genes humanos MTU1 y GTPBP3 o MTO1 causan fallo hepático infantil agudo y cardiomiopatía hipertrófica infantil, respectivamente, que producen letalidad durante los primeros meses de vida. Se asume que la causa primaria de estas enfermedades es la ausencia de las modificaciones introducidas por la proteína MTU1 en la posición 2 (tiol) y las proteínas GTPBP3 y MTO1 (taurinometil) en la posición 5 de la U34 en un grupo de mt-tRNAs. Se desconocen los mecanismos subyacentes y las razones por las que el déficit de OXPHOS resultante en todos los casos (atribuido a alteraciones de la traducción mitocondrial de proteínas) produce fenotipos tan diversos. Nuestra hipótesis es que la señalización retrógrada mitocondria-núcleo promovida por la hipomodificación de los mt-tRNAs en 2 ó 5 de la U34 es diferente y la respuesta nuclear viene modulada por el programa genético y epigenético de células y organismos. Hemos utilizado el nematodo C. elegans como modelo para estudiar los efectos producidos por la inactivación de las proteínas homólogas de MTU1, GTPBP3 y MTO1 a las que hemos denominado MTTU-1, MTCU-1 y MTCU-2. Hemos comprobado que estas proteínas, codificadas por el núcleo, son de localización mitocondrial y están implicadas en la modificación de la U34 de los mt-tRNAs. Los mutantes mtcu-1 y mtcu-2 presentan una reducción en su fertilidad y, en el caso del mutante simple mttu-1, fenotipos asociados a termosensibilidad. Los fenotipos exhibidos por los mutantes mttu-1, mtcu-1 y mtcu-2 sustentan la hipótesis de que la mutación mttu-1, y las mutaciones mtcu-1 y mtcu-2 promueven señales retrógradas diferentes que producen patrones de expresión nuclear específicos. Así, un rasgo fenotípico dependiente de genes nucleares (como lo es la transcripción y/o estabilidad de los mt-tRNAs) y la expresión de genes nucleares como ucp-4, hsp-6, hsp-60 y otros implicados en el metabolismo mitocondrial muestran un patrón diferente en los dos grupos de mutantes. Los genes hsp-6 y hsp-60 (marcadores de la UPRmt) están regulados a la baja en el mutante mttu-1. Los tres mutantes simples exhiben una reducción en la expresión de genes de la glicólisis y de la ß-oxidación de los ácidos grasos, una inducción en un marcador de glutaminolisis y una inducción en el gen ucp-4 (mayor en mttu-1) implicado en el transporte de succinato a la mitocondria. Dado que los tres mutantes simples presentan una disfunción OXPHOS relativamente suave, proponemos que los cambios de expresión en genes que modulan el metabolismo mitocondrial revelan una reprogramación del ciclo del TCA que compensa la disminución en el aporte de acetil-CoA procedente de glicólisis y oxidación de ácidos grasos con la activación de rutas anapleróticas del ciclo del TCA (importe de succinato a la mitocondria por UCP-4 y aporte de ¿-cetoglutarato procedente de la glutaminolisis). También analizamos los efectos de la anulación simultánea de las modificaciones en las posiciones 2 y 5 de la U34. El doble mutante mttu-1;mtcu-2 presenta una disfunción OXPHOS severa, con una ratio AMP/ATP 5 veces superior al control, que resulta en letalidad embrionaria, detención del desarrollo en estadios larvarios tempranos y esterilidad completa en los adultos que presentan, por otra parte, una longevidad unas dos veces superior a la cepa control. Este incremento de la longevidad está modulado por rutas de señalización que dependen de la subunidad catalítica AAK-1 (AMPK), y de hormonas esteroideas (proteínas DAF-9 y DAF-12). El trabajo muestra la importante reprogramación de genes relacionados con el metabolismo mitocondrial en respuesta a la hipomodificación de la U34 de los mt-tRNAs y / [CA] La modificació post-transcripcional de la uridina de balanceig (U34) de certs tRNAs és un procés conservat evolutivament realitzat per proteïnes homòlogues a les de les famílies MnmA/MTU1, MnmE/GTPBP3 i MnmG/MTO1 i biològicament relevant. De fet, mutacions en els gens humans MTU1 i GTPBP3 o MTO1 causen fallada hepàtica infantil aguda i cardiomiopatia hipertròfica infantil amb acidosis làctica, respectivament, que produïxen letalitat durant els primers mesos de vida. S'assumix que la causa primària d'aquestes malalties és l'absència de les modificacions introduïdes per la proteïna MTU1 a la posició 2 (tiol) i per les proteïnes GTPBP3 i MTO1 (taurinometil) a la posició 5 de la U34 en un grup de mt-tRNAs. Es desconeixen els mecanismes subjacents en estes malalties i les raons per les quals el dèficit de la OXPHOS resultant en tots els casos (atribuït a alteracions de la traducció mitocondrial de proteïnes) produïx fenotips tan diversos. La nostra hipòtesi és que la senyalització retrògrada mitocondria-nucli promoguda per la hipomodificació dels mt-tRNAs en 2 o 5 de la U34 és diferent i la resposta nuclear en cada cas es dependent del programa genètic i epigenètic de cèl¿lules i organismes. Hem utilitzat el nematode C. elegans com a organisme model per a estudiar els efectes produïts per la inactivació de les proteïnes homòlogues de MTU1, GTPBP3 i MTO1 a les que hem denominat MTTU-1, MTCU-1 i MTCU-2. Hem comprovat que aquestes proteïnes, codificades pel nucli, són de localització mitocondrial i estan implicades en la modificació de la U34 dels mt-tRNAs. Els mutants mtcu-1 i mtcu-2 presenten una reducció en la seua fertilitat i, en el cas del mutant mttu-1, fenotipus associats a termosensibilitat. Els fenotipus exhibits pels mutants mttu-1, mtcu-1 i mtcu-2 sustenten la hipòtesi que la mutació mttu-1, i les mutacions mtcu-1 i mtcu-2 promouen senyals retrògrads diferents que produïxen patrons d'expressió nuclears específics. Així, un tret fenotípic dependent de gens nuclears (com ho és la transcripció i/o l'estabilitat dels mt-tRNAs) i l'expressió de gens nuclears com ucp-4, hsp-6, hsp-60 i altres implicats en el metabolisme mitocondrial mostren un patró diferent en els dos grups de mutants. Els gens hsp-6 i hsp-60 (marcadors de la UPRmt) estan regulats a la baixa en el mutant mttu-1. Els tres mutants simples exhibixen una reducció en l'expressió de gens de la glicòlisi i de la ß-oxidació dels àcids grassos, una inducció en un marcador de glutaminolisi i una inducció en el gen ucp-4 (major en el mutant mttu-1) implicat en el transport de succinat a la mitocondria. Atés que els tres mutants simples presenten una disfunció OXPHOS relativament suau, proposem que els canvis d'expressió en gens que modulen el metabolisme mitocondrial revelen una reprogramació del cicle del TCA que compensa la disminució en l'aportació d'acetil-CoA procedent de la glicòlisi i de l'oxidació d'àcids grassos amb l'activació de rutes anaplerótiques del cicle del TCA (importació de succinat a la mitocondria per UCP-4 i aportació de ¿-cetoglutarat de la glutaminolisi). També s'analitzen els efectes de l'anul¿lació simultània de les modificacions en 2 i 5 de la U34. El doble mutant mttu-1;mtcu-2 presenta una disfunció OXPHOS severa, amb una ràtio AMP/ATP 5 vegades superior al control, que resulta en letalitat embrionària, detenció del desenvolupament en estadis larvaris primerencs, esterilitat completa en els adults i una longevitat unes 2 vegades superior al control. Aquest increment de la longevitat està modulat per rutes de senyalització que depenen de la subunitat catalítica AAK-1 (AMPK), i d'hormones esteroidees (a través de les proteïnes DAF-9 i DAF-12). En resum, aquest treball mostra per primera vegada a nivell d'un animal model la important reprogramació de gens relacionats amb el metabolisme mitocondrial en resposta a la hipomodificació de la U34 dels mt-tRNAs i / Navarro González, MDC. (2016). Caenorhabditis elegans as a research tool to study mitochondrial diseases associated with defects in tRNA modification [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/61978