Identificación y caracterización de elementos reguladores de la expresión de SUS1 y nuevas funciones celulares para la proteina Sus1 en Saccharomyces cerevisiae

Abstract

[EN] One of the defining features of a eukaryotic cell is the presence of a nuclear envelope. This allowed the physical separation between nucleus and cytoplasm, although the presence of a variable number of openings called nuclear pore complexes (NPCs) allowed a constant flow of molecules and information between the two compartments. Certain molecules passively diffuse, but others need energy and specific interactions with transporters and components of the NPC to travel between through both compartments. The messenger RNAs (mRNAs) are among the molecules selectively exported from the nucleus to the cytoplasm. The physical separation between nucleus and cytoplasm isolates the processes of transcription and translation in eukaryotic cells, allowing the cell to select core transcripts competent for export and that will lead to a functional protein in the cytoplasm. The right transcript levels in a cell, depending on the nutritional requirements, reproductive or relationship with the environment is essential for life. To this end, mechanisms regulating transcription, processing, stability, degradation, export or translation of the transcripts, are physically and spatially highly coupled in order to finely regulate the transcript levels in the cell. In Saccharomyces cerevisiae, SUS1 codes for a small protein of 11 kDa highly conserved in all eukaryotes. SUS1 is part of the SAGA transcriptional co-activator, being a submodule component involved in chromatin remodeling. In addition, SUS1 is one of the components of the TREX2 complex, wich interacts with the nuclear pore in the periphery of the nucleus and it is involved in the export of messenger RNAs. The presence of SUS1 in both complexes allows the physical and spatial coupling phenomena of transcription and export of mRNAs. In addition, SUS1 has two introns which is an unusual fact for the S. cerevisiae genome. Unlike other fungi or metazoans, the percentage of genes with introns in S. cerevisiae is very low (5%) and only 10 genes have more than one intron interrupting its coding sequence. The unusual characteristics of SUS1, the role of Sus1 coordinating processes during mRNA biogenesis and its functional conservation in higher eukaryotes, led the research conducted in this dissertation. In this work we studied in detail the biogenesis of SUS1 transcripts. We have identified different factors, acting in cis and trans that are involved in regulating the expression of SUS1 and function of the protein it encodes. On the other hand, we have studied the genetic relationship of SUS1 with components of the 5 '- 3' cytoplasmic degradation machinery and expanded the knowledge about the role of SUS1 during the biogenesis of mRNAs, not only in the nucleus but also in the cytoplasm.

[ES] Una de las características que definen a una célula eucariota es la presencia de una envoltura nuclear. Aunque este hecho permite la separación física entre núcleo y citoplasma, la presencia de un número variable de aberturas, denominadas complejos del poro nuclear (NPCs), permiten un flujo constante de moléculas e información entre ambos compartimentos. Ciertas moléculas difunden de forma pasiva, pero otras necesitan energía e interacciones específicas a través de transportadores y componentes del NPC para transitar entre ambos compartimentos. Entre las moléculas selectivamente exportadas del núcleo al citoplasma se encuentran los RNAs mensajeros (mRNAs). La separación física del núcleo y del citoplasma en eucariotas, aísla los procesos de transcripción y traducción, permitiendo a la célula seleccionar en el núcleo los transcritos competentes para ser exportados y que darán lugar a una proteína funcional en el citoplasma. Adecuar los niveles de transcritos en una célula, en función de las necesidades nutritivas, reproductivas o de relación con el entorno, es esencial para la vida. Para ello, los mecanismos encargados de regular la transcripción, el procesamiento, la estabilidad, la degradación, el exporte o la traducción de los transcritos, se encuentran altamente acoplados física y espacialmente con el fin de regular finamente los niveles de mensajeros en la célula. En el núcleo de las células de la levadura Saccharomyces cerevisiae se encuentra Sus1, una proteína de 11 kDa altamente conservada en eucariotas. Sus1 forma parte del co-activador transcripcional SAGA, siendo componente de un submódulo implicado en la desubicuitinación de la histona H2B. Además, Sus1 es uno de los componentes del complejo TREX2, que interacciona con el poro nuclear en la periferia del nucleo y está implicado en el exporte de RNAs mensajeros y en estabilidad genómica. La presencia de Sus1 en ambos complejos permite el acoplamiento físico y espacial de los fenómenos de transcripción y exporte de mRNAs. Además, el gen SUS1 posee dos intrones, siendo este un evento muy inusual en el genoma de S. cerevisiae. A diferencia de otros hongos o metazoos, el porcentaje de genes con intrones en S. cerevisiae es muy reducido (5%) y solo 10 genes poseen más de un intrón interrumpiendo su secuencia codificante. Las características peculiares del gen SUS1, el papel de la proteína que codifica coordinando procesos durante la biogénesis del mRNA y su conservación funcional en eucariotas superiores, motivó las investigaciones llevadas a cabo en esta tesis doctoral. En este trabajo hemos estudiado en detalle la biogénesis de los transcritos de SUS1. Se han identificado diferentes factores, tanto en cis como en trans, implicados en la regulación de la expresión de SUS1 y en la función de la proteína que codifica. Por otro lado, hemos estudiado la relación genética de SUS1 con componentes de la maquinaria de degradación citoplasmática 5'-3' y hemos ampliado los conocimientos respecto al papel de Sus1 durante la biogénesis de los mRNAs, no solo en el núcleo sino también en el citoplasma.

[CA] Una de les característiques que definixen a una cèl·lula eucariota és la presència d'un embolcall nuclear. Este fet permet la separació física entre nucli i citoplasma, encara que la presència d'un nombre variable d'obertures, denominades complexos del porus nuclear (NPCs), permet un flux constant de molècules i informació entre ambdós compartiments. Certes molècules difonen de forma passiva, però altres necessiten energia i interaccions específiques amb transportadors i components del NPC per a transitar entre ambdós compartiments. Entre les molècules selectivament exportades del nucli al citoplasma es troben els RNAs missatgers (mRNAs). La separació física del nucli i del citoplasma aïlla els processos de transcripció i traducció en eucariòtes, permetent a la cèl·lula seleccionar en el nucli els transcrits competents per a ser exportats i que donaran lloc a una proteïna funcional en el citoplasma. Adequar els nivells de transcrits en una cèl·lula, en funció de les necessitats nutritives, reproductives o de relació amb l'entorn, és essencial per a la vida. Per a això, els mecanismes encarregats de regular la transcripció, el processament, l'estabilitat, la degradació, l'exportació o la traducció dels transcrits, es troben altament acoblats física i espacialment amb el fi de regular finament els nivells de missatgers en la cèl·lula. En el nucli de les cèl·lules del rent Saccharomyces cerevisiae es troba Sus1, una xicoteta proteïna d'11 kDa altament conservada en eucariotes. Sus1 forma part del coactivador transcripcional SAGA, sent component d'un submòdul implicat en la modificació de histones. A més, Sus1 és un dels components del complex TREX2, que interacciona amb l'embolall nuclear a la perriferia del nucli i està implicat en l'export de RNAs missatgers. La presència de Sus1 en ambdós complexos permet l'adaptament físic i espacial dels fenòmens de transcripció i exportació de mRNAs. A més, el gen SUS1 posseïx dos introns i este fet és inusual en el genoma de S. cerevisiae. A diferència d'altres fongs o metazous, el percentatge de gens amb introns en S. cerevisiae és molt reduït (5%) i només 10 gens posseïxen més d'un intró interrompent la seua seqüència codificant. Les característiques peculiars del gen SUS1, el paper de la proteïna que codifica coordinant processos durant la biogènesi del mRNA i la seua conservació funcional en eucariotes superiors, va motivar les investigacions dutes a terme en esta tesi doctoral. En este treball hem estudiat en detall la biogènesi dels transcrits de SUS1. S'han identificat diferents factors, tant en cis com en trans, implicats en la regulació de l'expressió de SUS1 i en la funció de la proteïna que codifica. D'altra banda, hem estudiat la relació genètica de SUS1 amb components de la maquinària de degradació citoplasmática 5'-3' i hem ampliat els coneixements respecte al paper de Sus1 durant la biogènesi dels mRNAs, no sols en el nucli sinó també al citoplasma.