Modulación de la actividad de IYO y RIMA para entender la autorrenovación y diferenciación de células madre en plantas

• Autores: Aleksandra Lazarova Lazarova
• Directores de la Tesis: Enrique Rojo de la Viesca (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Complutense de Madrid ( España ) en 2022
• Idioma: español
• Tribunal Calificador de la Tesis: César Benito Jiménez (presid.), María Rosario Linacero de la Fuente (secret.), Miguel Angel Pérez Amador (voc.), Vicente Rubio Muñoz (voc.), Cristina Martínez Hernández (voc.)
• Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Biología por la Universidad Complutense de Madrid
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Docta Complutense
• Resumen
  • español

    La diferenciación celular engloba dos decisiones secuenciales por parte de las progenie de células madre. La primera de ellas, y común a todo evento de diferenciación, es decidir si iniciar la transición o mantener la pluripotencia. La segunda decisión, específica de cada proceso de diferenciación, es en qué tipo celular diferenciarse y que patrón de expresión adquirir. Estudios previos revelaron que IYO y RIMA, dos proteínas que interactúan con la ARN polimerasa II (Pol II), son necesarias para todos los eventos de diferenciación celular que ocurren en la planta. En su ausencia, la diferenciación se bloquea completamente y las plantas crecen como una masa de células indiferenciadas, lo que sugiere que IYO y RIMA participan en la etapa más temprana, cuando las células deciden si entran o no en diferenciación. Además, IYO es limitante para iniciar esta transición y se acumula en el núcleo, de una forma dependiente de RIMA, en células de la periferia de los meristemos, justo cuando van a iniciar la diferenciación. Parece por tanto que la migración al núcleo del complejo IYO/RIMA funciona como un interruptor molecular para iniciar la diferenciación celular en plantas. La manipulación de este interruptor permite modificar el equilibrio entre la renovación de las células madre y su diferenciación y puede ser usado para revelar las propiedades fundamentales de estos estados celulares.

    En esta tesis nos propusimos dilucidar los mecanismos moleculares por los que el complejo IYO/RIMA activa la diferenciación celular, así como las posibles dianas transcripcionales que subyacen a esta activación. Los resultados de esta tesis demuestran que RIMA regula el fosfoestado de la Pol II de una forma dependiente de IYO promoviendo su transición al estado hiperfosforilado propio de la polimerasa en elongación productiva. Además, se han identificado interacciones físicas de IYO y RIMA con reguladores centrales de la transcripción, sugiriendo que el complejo IYO/RIMA podría funcionar como una plataforma integradora para reclutar factores necesarios durante las distintas fases de la transcripción. Así, se ha demostrado la interacción de RIMA con fosfatasas tipo PP1 y se ha identificado un dominio conservado en todos los ortólogos de RIMA de plantas que media esta interacción. Las fosfatasas PP1 tienen como sustrato a la Pol II y cumplen un papel fundamental en la terminación de la transcripción. En relación a esto, hemos constatado que, al silenciar IYO y RIMA, se interfiere con la terminación transcripcional provocando un acortamiento generalizado de los 3¿UTR. Además, el silenciamiento de IYO y RIMA causa una acusada reprogramación transcripcional, induciéndose genes relacionados con el estado indiferenciado y la regeneración y produciéndose una represión generalizada de genes de proteínas ribosomales. Por otra parte, en experimentos de secuenciación masiva de cromatina inmunoprecipitada, se ha establecido que RIMA se une a promotores de genes que contienen el elemento sII, que está presente en los promotores de muchos genes de proteínas ribosomales y es reconocido por factores transcripcionales de la familia TCP. Experimentos de dos híbridos de levaduras indican que IYO interacciona con TCPs de clase I, sugiriendo que esta interacción podrían mediar la asociación del complejo IYO/RIMA con los promotores que contienen el elemento sII. Además, la expresión de muchos de los genes a cuyos promotores se une RIMA, incluyendo genes de proteínas ribosomales, se desregula al silenciar IYO y RIMA, lo que indica que podrían constituir dianas transcripcionales directas. En conclusión, los resultados de esta tesis apoyan la hipótesis de que el complejo IYO/RIMA opera en el núcleo modulando la directamente la actividad de la Pol II durante la transcripción para inducir la reprogramación transcripcional global de las células madre y permitir la diferenciación celular.

  • English

    Cell differentiation entails two sequential decisions by the progeny of stem cells. The first one, shared in every event of differentiation, is whether to self-renew or initiate fate transition. The second decision, specific for each differentiation process, is which cell fate to attain and what expression pattern to acquire. Previous work in our laboratory suggests that IYO and RIMA, two proteins that interact with RNA polymerase II (Pol II), are necessary for all cell differentiation events that take place in the plant. In their absence, differentiation is completely blocked, and plants grow as a mass of undifferentiated cells, suggesting that IYO and RIMA participate at the earliest stage of the process, when cells decide whether or not to differentiate. Moreover, IYO is rate-limiting for initiating this transition and accumulates in the nucleus, in a RIMA-dependent way, in the periphery of the meristems, just when cells are bound to initiate differentiation. Therefore, it appears that migration to the nucleus of the IYO/RIMA complex works as a molecular switch to initiate cell differentiation in plants. Manipulation of this switch allows to modify the balance between stem cells self-renewal and differentiation and can be used to reveal the fundamental properties of these cellular states...