Cabimer - Epigenética y expresión génica
 







Epigenética y expresión génica

Inicio departamentos Biología Molecular Epigenética y expresión génica Líneas de Investigación:

      -Remodelación de la cromatina y expresión génica
      -Epigenética del cáncer
      -Cambios epigenéticos durante la diferenciación celular y el desarrollo.

Remodelación de la cromatina y expresión génica.
La cromatina es la matriz en la cual tienen lugar los procesos del metabolismo del DNA, incluyendo transcripción, replicación, reparación o recombinación. Cualquier maquinaria nuclear que tenga que acceder al DNA para realizar estos procesos requiere el concurso de complejos multiproteicos remodeladores de cromatina. Algunas de estas maquinarias reorganizan interacciones entre histonas y DNA con gasto de ATP. Alteraciones en estas maquinarias provocan malformaciones congénitas y cáncer. Estamos estudiando el papel en transcripción de una de estas enzimas denominada CHD8. CHD8 se asocia a promotores de genes activos (Figura 1) y regula su expresión (Rodríguez-Paredes et al., 2009; Subtil-Rodríguez et al., 2014). Hemos demostrado también que CHD8 se une a regiones potenciadotas de la transcripción (enhancers) en respuesta a la hormona progesterona (Subtil-Rodríguez et al., 2015).


Figura 1. CHD8 se une a promotores activos. Distribución de CHD8, RNA polimerasa II y la modificación epigenética H3K4me3 en una región del cromosoma 12. Datos obtenidos mediante ChIP-seq.


Por otra parte numerosos trabajos recientes demuestran la existencia de nucleosomas establemente posicionados en la región transcrita de los genes y más exactamente al comienzo de los genes y en exones. Otra de las líneas de investigación de nuestro grupo pretende dilucidar el papel de las maquinarias de remodelación de cromatina en el paso de la RNA polimerasa II a través de una secuencia de DNA ensamblada en cromatina durante la elongación de la transcripción. Nuestros resultados recientes sugieren que el complejo remodelador de cromatina SWI/SNF ayudaría a la RNA polimerasa a atravesar un nucleosoma posicionado (Figura 2) (Subtil-Rodríguez et al., 2010 y Subtil-Rodríguez et al., 2011). Hemos descubierto también que un nucleosoma posicionado al comienzo de un gen (nucleosoma +1) aumenta la pausa cercana al promotor de la RNA polimerasa II (Jimeno-González et al., 2015).











Figura 2. El complejo SWI/SNF ayuda a la RNA polimerasa II a atravesar un nucleosoma posicionado.


Epigenética del cáncer.

Las células cancerosas presentan enormes alteraciones en el patrón de metilación del DNA, con hipermetilación de islas CpG que no deberían estar metiladas e hipometilación de islas CpG que deberían estar metiladas. El origen de estas alteraciones es en su mayor parte desconocido. Estamos estudiando el origen de la hipometilación de ciertos promotores específicos de línea germinal en líneas celulares de cáncer de pulmón y su posible papel en la formación de dichos tumores.
Por otra parte investigamos el proceso de reprogramación celular conocido como transición de epitelio a mesénquima, un proceso que requiere una extensa reorganización epigenética y que está implicado en la formación de metástasis. Hemos descubierto que la proteína HMG20A del complejo de la demetilasa de histonas LSD1/CoREST está implicada en la represión de genes epiteliales durante este proceso (Rivero et al., 2015). Estamos investigando el papel de esta proteína en formación de metástasis y cáncer.

Cambios epigenéticos durante la diferenciación celular y el desarrollo.

La diferenciación celular conlleva grandes modificaciones de la expresión génica que requieren extensos cambios en las marcas epigenéticas. Una de las marcas epigenéticas más estudiadas es la metilación en lisinas específicas del extremo amino terminal de las histonas. Las metiltransferasas de histonas y demetilasas son esenciales en múltiples procesos de desarrollo y diferenciación y su desregulación es frecuente en cáncer. Nosotros investigamos el papel del complejo de la demetilasa LSD1/CoREST en la diferenciación de progenitores neurales en varios modelos como el tubo neural de pollo (Figura 3) y la diferenciación a neuronas in vitro de células P19 de ratón (Figura 4). Hemos descubierto la regulación del complejo LSD1/CoREST por un par de proteínas de la familia HMG que se asocian al complejo (Ceballos-Chávez et al., 2012).

 
Figura 3. Sección del tubo neural de embrión de pollo.
Células electroporadas con un plásmido de expresión de la proteína GFP que se visualizan en verde. Las motoneuronas diferenciadas son teñidas con un anticuerpo anti beta-III Tubulina (rojo). El DNA nuclear es teñido con DAPI (azul).


Figura 4. Diferenciación en neuronas de células P19 por ácido retinoico.
(A) Células P19 de teratocarcinoma de ratón no diferenciadas teñidas con anticuerpo anti-OCT4 (verde).
(B) Células P19 diferenciadas en neuronas mediante ácido retinoico. Teñidas con anticuerpos contra neurofilamentos (rojo), ß-III-Tubulina (verde) y DAPI (azul).

Publicaciones más relevantes:

Divulgación:

J. C. Reyes. 2014. La cromatina: la esencia está en el cambio. SEBBM. 179: 12-16. ISSN:1696–4837.

Revisiones:

J.C. Reyes and U. Grossniklaus . 2003. Diverse Functions of Polycomb Group Proteins during Plant Development. Seminars in Cell & Developmental Biology. 14:77-84.

J.C. Reyes . 2006. Chromatin remodelers that control plant development. Current Opinion in Plant Biology. 9:21-27.

R. March-Díaz and J. C. Reyes . 2009. The beauty of being a variant: H2A.Z and the SWR1 complex in plants. Molecular Plant, 2:565-577.  

M. García-Domínguez and J. C. Reyes . 2009. SUMO association with repressor complexes, emerging routes for transcriptional control. Biochimica et Biophysica Acta, 1789:451-459.

A. Subtil-Rodríguez and J. C. Reyes . 2011. To cross, or not to cross the nucleosome, that is the elongation question. RNA Biology. 8: 389 - 393  

J. C. Reyes. 2014. The many faces of plant SWI/SNF. Molecular Plant. 7:454-458.


Artículos:

J.C. Reyes, J. Barra, C. Muchardt, A. Camus, C. Babinet and M. Yaniv . 1998. Altered control of cellular proliferation in the absence of mammaliam brahma (SNF2alpha). EMBO Journal . 17: 6979-6991.    

S. Farrona, L. Hurtado, J. Bowman and J.C. Reyes . 2004. The Arabidopsis thaliana SNF2 homolog AtBRM controls shoot development and flowering. Development . 131:4965-4975.   

S. Farrona, L. Hurtado, and J.C. Reyes . 2007. A nucleosome interaction module is required for normal function of Arabidopsis thaliana brahma. Journal of Molecular Biolog y. 373:240-250.   

R. March-Díaz, M. García-Domínguez J. Lozano-Juste, J. León, F.J. Florencio and J.C. Reyes . 2008. Histone h2a.z and homologs of components of the SWR1 complex control immunity in Arabidopsis. Plant Journal . 53:475-487.   

M. García-Domínguez, R. March-Díaz and J.C. Reyes . 2008. The PHD and the SP-RING domain are required for AtSIZ-mediated SUMOylation of the bromodomain protein GTE3. Journal of Biological Chemistry , 283:21469-21477.       

Rodríguez-Paredes, M. Ceballos-Chávez, M. Esteller, M. García-Domínguez and J.C. Reyes . 2009. The chromatin remodeling factor CHD8 interacts with elongating RNA polymerase II and controls expression of the cyclin E2 gene. Nucleic Acids Research , 37:2449-2460.

E. Aichinger, C.B. Villar, S. Farrona, J.C. Reyes, L. Hennig and C. Köhler . 2009. CHD3 proteins and Polycomb group proteins antagonistically determine cell identity in Arabidopsis. PLoS Genetics , 5(8):e1000605.       

A. Subtil-Rodríguez and J. C. Reyes . 2010. BRG1 helps RNA polymerase II to overcome a nucleosomal barrier during elongation, in vivo.
EMBO Report . 11:751-757

M. Ceballos-Chávez, S. Rivero, P. García-Gutiérrez, M. Rodríguez-Paredes, M. García-Domínguez, S. S. Bhattacharya, and J. C. Reyes. 2012. Control of neuronal differentiation by sumoylation BRAF35, a subunit of the LSD1-CoREST histone demethylase complex. Proceedings of the National Academy of Sciences USA 109(21):8085-90

T. Alfonso‐Pérez, M. S. Domínguez-Sánchez, M. García-Domínguez and J. C. Reyes. 2014. Cytoplasmic interaction of the tumor suppressor protein hSNF5 with Dynamin-2 controls endocytosis. Oncogene. doi: 10.1038/onc.2013.276.

A. Subtil-Rodríguez, E. Vázquez-Chávez, M. Ceballos‐Chávez, M. Rodríguez-Paredes, J. I. Martín-Subero, M. Esteller and J. C. Reyes. 2014. The chromatin remodeler CHD8 is required for E2F-dependent transcription activation of S phase genes. Nucleic Acids Research. 42:2185-96.

S. Rivero, M. Ceballos-Chávez, S.S. Bhattacharya and J.C. Reyes. 2015. HMG20A is required for SNAI1-mediated Epithelial to Mesenchymal Transition. Oncogene. doi: 10.1038/onc.2014.446.

A. Subtil-Rodríguez, M. Ceballos‐Chávez, E. G. Giannopoulou, D. Soronellas, O. Elemento, M. Beato and J. C. Reyes. 2015. The chromatin remodeler CHD8 is required for activation of progesterone receptor-dependent enhancers. PLoS Genetics. 11(4):e1005174. doi: 10.1371/journal.pgen.1005174.

S. Jimeno-Gonzalez, M. Ceballos‐Chávez, J.C. Reyes. 2015. A positioned +1 nucleosome enhances RNA polymerase II promoter proximal pausing in human cells. Nucleic Acids Research. 43(6):3068-78. doi: 10.1093/nar/gkv149.

Proyectos actuales:


         CSD2006-0049
         P09-CVI-4844
         20100486
         BFU2011-23442
         BIO 321