Tesis:
Las proteínas EPL1 del complejo remodelador de cromatina NuA4 regulan diferentes procesos del desarrollo en Arabidopsis thaliana
- Autor: BOUZA MORCILLO, Laura María
- Título: Las proteínas EPL1 del complejo remodelador de cromatina NuA4 regulan diferentes procesos del desarrollo en Arabidopsis thaliana
- Fecha: 2023
- Materia: CONFIDENCIAL
- Escuela: E.T.S. DE INGENIERÍA AGRONÓMICA, ALIMENTARIA Y DE BIOSISTEMAS
- Departamentos: BIOTECNOLOGIA-BIOLOGIA VEGETAL
- Acceso electrónico: https://oa.upm.es/74654/
- Director/a 1º: JARILLO QUIROGA, José Antonio
- Director/a 2º: PIÑEIRO GALVIN, Manuel Ángel
- Resumen: Plants have developed different regulatory mechanisms that allow them to adapt their growth to the environmental conditions and guarantee that developmental transitions occur at the most appropriate time to maximize their fitness and survival. These phase transitions are finely tuned through the establishment of specific gene expression patterns that drive plant development. Various epigenetic modifications contribute to promote this gene reprogramming that is superimposed to the regulation exerted by transcription factors. Among these modifications, the acetylation of lysine (K) residues in histones plays a key role in the activation of gene expression. This chromatin modification is highly regulated through two types of chromatin remodelers with antagonistic roles: histone acetyltransferases (HATs) and histone deacetylases. There are several families of HATs in plants, including the MYST family that comprises homologs of the catalytic subunit of the yeast NuA4 complex (NuA4-C). In plant species homologs for most of the subunits of this complex are conserved, suggesting the existence of NuA4-C also in the plant kingdom.
Recent approaches studying loss-of-function mutants for particular NuA4-C homologues in Arabidopsis have ascribed some roles for these genes in biological processes. The main objective of this Doctoral Thesis has been the genetic, molecular and functional characterization of one of the subunits of this complex in Arabidopsis named EPL1, which is specific for NuA4-C in yeast. This protein is highly conserved in eukaryotic organisms, and is encoded in Arabidopsis by two homologous genes named EPL1A and EPL1B. The experimental approaches carried out during this work have revealed a role for these proteins in the regulation of two key developmental phase transitions highlighting chloroplast biogenesis.
Transcriptomic analysis performed on epl1ab double mutant plants revealed a role for both EPL1 proteins in regulating the transcription of genes involved in chloroplast development and function, and particularly of those genes encoding proteins that form part of the transcriptional machinery of these organelles, such as SCA3, pTAC12 and pTAC14. Subsequent chromatin immunoprecipitation experiments confirmed that these genes are direct targets of EPL1 proteins, which regulate their expression through acetylation of the H4K5 residue on the chromatin of these loci. These results revealed an essential role of the EPL1 proteins in the correct development of chloroplasts. Moreover, both protein co-immunoprecipitation experiments and the phenotypic characterization of mutants affected in NuA4-C subunits suggest the conservation of the Piccolo NuA4 module in plants and a possible functional relationship of some of these proteins with chloroplast biogenesis. These results support the conservation of a putative NuA4-C like in plants likely involved in the regulation of several developmental processes.
RESUMEN
Las plantas han desarrollado complejos mecanismos de adaptación que les permiten responder a las condiciones cambiantes del medio ambiente, de manera que las transiciones entre las distintas etapas de su desarrollo se produzcan en el momento más adecuado para asegurar su supervivencia. Estas transiciones están finamente reguladas mediante el establecimiento de patrones específicos de expresión génica. Diversas modificaciones epigenéticas contribuyen a la regulación de esos patrones de forma superpuesta a la regulación ejercida por diferentes factores de transcripción. Entre ellas, la acetilación de residuos de lisina (K) de las histonas desempeña una función clave en la activación de la expresión génica. Esta modificación está regulada a través de dos tipos de remodeladores de la cromatina con papeles antagonistas: las acetiltransferasas (HATs) y las deacetilasas de histonas. En plantas existen varias familias de HATs, entre las que destaca la familia MYST, que incluye la subunidad catalítica que pertenece al complejo NuA4 (NuA4-C). En todas las especies vegetales se encuentran homólogos conservados para la mayoría de las subunidades de este complejo, lo que sugiere su existencia en plantas.
Trabajos recientes han analizado mutantes de pérdida de función para algunos de los homólogos de NuA4-C en Arabidopsis, revelando algunas funciones para estos genes en procesos biológicos concretos. El objetivo de esta tesis doctoral ha sido la caracterización genética, molecular y funcional de una de las subunidades de este complejo en Arabidopsis, EPL1, que es específica de NuA4-C en levaduras. Los homólogos de EPL1 están muy conservados en organismos eucariotas, y en Arabidopsis están codificados por dos genes homólogos denominados EPL1A y EPL1B. Las aproximaciones experimentales llevadas a cabo durante este trabajo han revelado un papel de estas proteínas en la regulación de dos transiciones de fase claves para el desarrollo de las plantas, destacando la biogénesis de cloroplastos.
Los análisis transcriptómicos realizados en plantas dobles mutantes epl1ab deficientes en ambos homólogos revelaron un papel esencial para las proteínas EPL1 en la regulación de la transcripción de genes implicados en la biogénesis y función de cloroplastos, y particularmente de genes que codifican proteínas que forman parte de la maquinaria transcripcional de estos orgánulos, como SCA3, pTAC12 y pTAC14. Experimentos de inmunoprecipitación de cromatina confirmaron que estos genes son dianas directas de las proteínas EPL1, las cuales regulan su expresión a través de la acetilación del residuo H4K5 en la cromatina de estos loci. Estos resultados revelaron una función clave de las proteínas EPL1 para el correcto desarrollo de los cloroplastos. Finalmente, diversas observaciones experimentales obtenidas durante la caracterización fenotípica de plantas mutantes para diferentes subunidades de NuA4-C, así como en ensayos de inmunoprecipitación de proteínas, sugieren la conservación del módulo Piccolo NuA4-C en plantas además de la implicación funcional de algunas de estas subunidades en la biogénesis de cloroplastos. Estos resultados apoyan la conservación de NuA4-C en plantas, y muestran un papel del mismo en la regulación de varios procesos del desarrollo.