Anàlisi de lestructura de la cromatina del Complex Bitòrax de Drosophila melanogaster i contribució de les proteïnes dSAP18 i GAGA en la seva regulació

• Autores: Sílvia Pérez Lluch
• Directores de la Tesis: Maria Lluïsa Espinàs Janer (dir. tes.), Maria Plana i Coll (dir. tes.)
• Lectura: En la Universitat Autònoma de Barcelona ( España ) en 2008
• Idioma: catalán
• Tribunal Calificador de la Tesis: Ferran Azorín Marín (presid.), Inmaculada Ponte Marull (secret.), Montserrat (Corominas Guiu) Corominas (voc.), Fernando Bejarano Leon (voc.), María Ángeles Martínez Balbás (voc.)
• Materias:
  • Ciencias de la vida
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: TDX
• Resumen

  • Els gens homeòtics són els responsables del correcte desenvolupament dels organismes. A Drosophila, aquests gens es troben agrupats en dos clusters: el Complex Antenapèdia i el Complex Bitòrax (BX-C). El BX-C codifica per a tres gens homeòtics: lUltrabithorax, lAbdominal A i lAbdominal-B (Abd-B). Lexpressió de lAbd-B està conduïda per quatre dominis reguladors (iab-5 a iab-8) que controlen la seva expressió en els segments posteriors de lorganisme. En aquest treball, ens hem centrat en lestudi dels elements reguladors que controlen lexpressió del lAbd-B i en la contribució de les proteïnes dSAP18 i GAGA a la seva regulació.

    En primer lloc, assajos de digestió amb DNasaI realitzats a embrions de Drosophila ens han permès identificar diverses regions hipersensibles entre els dominis iab-5 i iab-6, suggerint lexistència de diversos elements reguladors en aquesta regió. Mitjançant un sistema en que el gen reporter white és control·lat pel seu propi promotor i enhancer, vam observar que la regió hipersensible més proximal promovia silenciament i Pairing-Sensitive Silencing (PSS) de lexpressió del gen reporter. Tant el silenciament com el PSS depenien de proteïnes del Grup Polycomb (Pc-G), indicant que aquesta regió actua com a un PRE (Polycomb Response Element). Hem anomenat aquesta regió iab6PRE.

    Daltra banda, hem observat que lexistència de regions lliures de nucleosomes als elements reguladors del BX-C és una característica molt conservada al llarg del desenvolupament de la mosca; també hi són presents a elements reguladors ectòpics i no depenen ni de lestat transcripcional de la regió ni en el recrutament de proteïnes Pc i Trithorax (Trx) als PREs. No obstant, aquests llocs hipersensibles només estan presents a elements reguladors actius, ja que liniciador IAB6, que està implicat en la regulació del gen homèotic al principi del desenvolupament, mostra llocs lliures de nucleosomes a embrió, però no durant el desenvolupament larvari.

    Per tal danalitzar lorganització nuclear del BX-C hem realitzat assajos de Chromosome Conformation Capture a cèl·lules S2 de Drosophila, que no expressen el gen Abd-B. Vam observar que lelement iab6PRE contacta amb el promotor del gen homeòtic així com amb daltres elements de manteniment del complex, com lMCP i el bxdPRE. Lelement iniciador IAB6, en canvi, que es troba localitzat a només 5 Kb de liab6PRE, no interacciona amb cap daquests elements reguladors, suggerint que els elements de manteniment poden interaccionar a través de la formació de loops de cromatina.

    A més a més, hem vist que mosques mutants per a la proteïna dSAP18 mostren una disminució del silenciament conduït pels elements Fab-7 i iab7PRE en còpies ectòpiques; no obstant, aquesta disminució no és deguda ni a un canvi a les modificacions de les histones ni del patró de posicionament dels nucleosomes.

    Finalment, hem vist que una disminució de la quantitat de la proteïna GAGA mitjançant la inducció dRNAs dinterferència a estadis tardans del desenvolupament larvari, promou la transformació homèotica del segment A6 a lA5, suggerint una desregulació de lexpressió de lAbd-B al segment A6. Aquesta desregulació indica que els patrons dexpressió establerts per les proteïnes Pc i Trx poden canviar al llarg del desenolupament de la mosca. No obstant, hem vist que la transformació tampoc és deguda a cap canvi en el patró dhipersensibilitats a DNasaI ni a lelement Fab-7 ni a liab6PRE.

    The homeotic genes are responsible for the correct development of the organisms. In Drosophila, these genes are clustered in two complexes: the Antenapedia Complex and the Bithorax Complex (BX-C). The BX-C encodes for three homeotic genes: Ultrabithorax, Abdominal-A and Abdominal-B (Abd-B). The expression of the Abd-B is driven by 4 regulatory domains (iab-5 to iab-8), which control its expression at the most posterior segments of the organism. In this work, we have focused on the study of the regulatory elements that control Abd-B expression and the contribution of the dSAP18 and GAGA proteins to its regulation.

    First of all, DNaseI digestion assays performed in Drosophila embryos have allowed us to identify some hypersensitive regions among iab-5 and iab-6 domains, suggesting the existence of several regulatory elements within this region. By means of a reporter gene system in which the white gene was controlled by its own promoter and enhancer, we observed that the most proximal hypersensitive region promotes silencing and Pairing-Sensitive Silencing (PSS) of the reporter gene expression. Both silencing and PSS depend on Polycomb Group (Pc-G) proteins, indicating that this region acts as a PRE (Polycomb Response Element). We have named this region iab6PRE.

    On the other hand, we have observed that the existence of nucleosome-free regions on regulatory elements of the BX-C is a very conserved feature along the fly development; they are also present in ectopic regulatory elements and they do not depend either on the transcriptional state of the region or on the Pc and Trithorax (Trx) recruitment to PREs. However, these hypersensitive sites are present only at active regulatory elements, since the iniciator IAB6, which is implicated in the homeotic gene regulation at the beginning of the development, shows nucleosome free regions at embryo state, but not later during larval development.

    In order to analyse the nuclear organization of the BX-C, we have done Chromosome Conformation Capture assays in Drosophila S2 cells, which dont express the Abd-B gene. We observed that the iab6PRE element contacts with the homeotic gene promoter as well as with other maintenance elements of the complex, such as the MCP and the bxdPRE. The iniciator element IAB6, on the other hand, which is just located 5 Kb far from the iab6PRE, does not interact with any of these regulatory elements, suggesting that the maintenance elements may interact through the formation of chromatin loops.

    Furthermore, we have seen that dSAP18 mutant flies show a decrease in the silencing driven by Fab-7 and iab7PRE elements in ectopic copies; however, this decrease is not due to any change either in histone modification or in nucleosome position patterns.

    Finally, we have observed that a decrease in the amount of GAGA protein by inducing interference RNAs at later stages of larval development, promotes a homeotic transformation of the A6 segment to A5, suggesting a misregulation of the Abd-B expression in the A6 segment. This misregulation indicates that the expression patterns established by Pc and Trx proteins may change along the fly development. However, we have seen that the transformation is not due to any change in the DNaseI hypersensitive pattern neither of the Fab-7 nor of the iab6PRE elements.