Study of the Role of SAGA/SLIK Complexes and Mip6 Protein in Gene Expression Regulation in Eukaryotes

Abstract

[ES] The study of eukaryotic gene expression is challenging because of the interconnection between all steps. Many factors orchestrate gene expression by influencing several layers of regulation. The Spt-Ada-Gcn5 acetyltransferase (SAGA) complex is a transcriptional coactivator involved in the coupling between transcriptional activation and downstream events, such as transcriptional elongation and mRNA export, by interacting with other elements of the regulatory machinery, such as transcription and export complex 2 (TREX-2). In this thesis, we demonstrate that TREX-2 components influence the activity of the SAGA deubiquitination module (DUBm) and the formation of the SAGA-like (SLIK) complex, a SAGA-related complex that exists in budding yeast, whose function is still unclear. We deepened our understanding of the SAGA and SLIK duality by studying different scenarios in which the two complexes behaved similarly or showed functional differences, such as osmotic stress. We created new Spt7 mutants, in which SLIK formation was triggered or impaired, to determine the differential roles of SAGA and SLIK. Although we observed that some SAGA functions, such as histone deubiquitination, were also performed by SLIK, others were not, such as chromatin recruitment of the Spt7 and Spt8 SAGA subunits and nuclear retention of bulk mRNA under osmotic stress. We also demonstrated that the C-terminal domain of Spt7 interacts with Spt8 outside of the SAGA complex. Additionally, in this thesis we focused on the study of Mip6 protein, an mRNA-binding protein that interacts with the general export factor Mex67 and has been recently reported to participate in the regulation of the heat stress response, in a recent study from our laboratory. Using a multi-omics approach, we characterized the mip6¿ mutant in a heat shock time course experiment (0,20 and 120 min) through the generation of a high-quality multi-omics dataset, which allowed us to deepen the study of Mip6 function under heat shock and adaptation to stress. mip6¿ showed altered levels of some transcripts under stress and non-stress conditions, together with impaired recruitment of the stress-transcription factors Hsf1 and Msn2 to the chromatin and altered occupancy of RNApol II under stress. Consistent hyperactivation of trehalose metabolism genes was observed at the transcriptional level, which was accompanied by the accumulation of trehalose, a key disaccharide in the stress response with a protective function.

[CA] El estudio de la expresión génica en eucariotas es un desafío debido a la interconexión entre todos los pasos. Muchos factores orquestan la expresión genética al influir en varios niveles su regulación. El complejo Spt-Ada-Gcn5 acetiltransferasa (SAGA) es un coactivador transcripcional involucrado en el acoplamiento entre la activación transcripcional y eventos posteriores, como la elongación transcripcional y la exportación de ARNm, al interactuar con otros elementos de la maquinaria de regulación, como el complejo de transcripción y exportación 2 (TREX-2). En esta tesis, demostramos que componentes de TREX-2 influyen en la actividad del módulo de desubiquitinación de SAGA (DUBm) y en la formación del complejo SAGA-like (SLIK), un complejo relacionado con SAGA que existe en la levadura, cuya función aún se desconoce. Profundizamos nuestra comprensión de la dualidad de SAGA y SLIK, mediante el estudio de diferentes escenarios en los que los dos complejos se comportaban de manera similar o mostraban diferencias funcionales, como el estrés osmótico. Creamos nuevos mutantes de Spt7, en los que se favoreció o impidió la formación de SLIK, para determinar las diferencias funcionales entre ambos complejos. Aunque observamos que algunas funciones de SAGA, como la desubiquitinación de histonas, también fueron realizadas por SLIK, otras no, como el reclutamiento a la cromatina de las subunidades de SAGA Spt7 y Spt8 y la retención nuclear del ARNm en estrés osmótico. También demostramos que el dominio C-terminal de Spt7 interacciona con Spt8 fuera del complejo SAGA. Además, en esta tesis nos centramos en el estudio de la proteína Mip6, una proteína de unión a ARNm que interacciona con el factor general de exportación Mex67 y cuya función en la regulación de la respuesta al estrés térmico se ha descrito en un reciente estudio de nuestro laboratorio. Utilizando un enfoque multiómico, caracterizamos el mutante mip6D en un experimento de estrés térmico de 120 minutos mediante la generación de un conjunto de datos de alta calidad, lo que nos permitió profundizar en el estudio de la función de Mip6 en choque térmico y en la adaptación a dicho estrés. mip6D mostró niveles alterados de algunos tránscritos en condiciones de estrés y no estrés, junto con un reclutamiento a la cromatina deficiente de los factores de transcripción Hsf1 y Msn2 y una alteración en la ocupación de la RNA polimerasa II (RNApol II) en estrés térmico. Se observó una hiperactivación constante de los genes del metabolismo de la trehalosa, así como acumulación de trehalosa, un disacárido clave en la respuesta al estrés con una función protectora.

[EN] L'estudi de l'expressió gènica en eucariotes és un desafiament a causa de la interconnexió entre tots els passos. Molts factors orquesten l'expressió genètica en influir en diversos nivells la regulació. El complex Spt-Ada-Gcn5 acetiltransferasa (SAGA) és un coactivador transcripcional involucrat en l'acoblament entre l'activació transcripcional i esdeveniments posteriors, com l'elongació transcripcional i l'exportació d'ARNm, en interactuar amb altres elements de la maquinària de regulació, com ara el complex de transcripció i exportació 2 (TREX-2). En aquesta tesi, demostrem que components de TREX-2 influeixen en l'activitat del mòdul de desubiquitinació de SAGA (DUBm) i en la formació del complex SAGA-like (SLIK), un complex relacionat amb SAGA que existeix al llevat, la funció del qual encara es desconeix. Hem aprofundit la nostra comprensió de la dualitat de SAGA i SLIK, mitjançant l'estudi de diferents escenaris on els dos complexos es comportaven de manera similar o mostraven diferències funcionals, com l'estrès osmòtic. Hem creat nous mutants de Spt7, en què s'afavoreix o s'impedeix la formació de SLIK, per determinar les diferències funcionals entre ambdós complexos. Tot i que observem que algunes funcions de SAGA, com la desubiquitinació d'histones, també foren realitzades per SLIK, d'altres no, com el reclutament a la cromatina de les subunitats de SAGA Spt7 i Spt8, i la retenció nuclear de l'ARNm en estrès osmòtic. També hem demostrat que el domini C-terminal de Spt7 interacciona amb Spt8 fora del complex SAGA. A més, en aquesta tesi ens centrem en l'estudi de la proteïna Mip6, una proteïna d'unió a ARNm que interacciona amb el factor general d'exportació Mex67 i la funció de la qual en la regulació de la resposta a l'estrès tèrmic s'ha descrit en un estudi recent el nostre laboratori. Utilitzant un enfocament multiòmic, hem caracteritzat el mutant mip6D en un experiment d'estrès tèrmic de 120 minuts mitjançant la generació d'un conjunt de dades d'alta qualitat, cosa que ens ha permés aprofundir en l'estudi de la funció de Mip6 en xoc tèrmic i en la adaptació a aquest estrès. mip6D va mostrar nivells alterats d'alguns trànscrits en condicions d'estrès i no estrès, juntament amb un reclutament a la cromatina deficient dels factors de transcripció Hsf1 i Msn2, i una alteració en l'ocupació de l'RNA polimerasa II (RNApol II) en estrés tèrmic . Es va observar una hiperactivació constant dels gens del metabolisme de la trehalosa, així com acumulació de trehalosa, un disacàrid clau en la resposta a l'estrès amb una funció protectora.