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.

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