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Title

Regulation of quasi-stable cell states by the Brahma complex subunit Bap60 during eye development

AuthorsMineiro Galvão Dias Neto, Ana Marta
AdvisorCasares, Fernando
Issue Date2017
PublisherUniversidade do Porto
Abstract[EN]: During development, the growth of organs depends largely on cell proliferation. Specific combinations of transcription factors and extracellular signals within the progenitor cell population are required to control this process. Often, maintenance of progenitor transcription factors leads to uncontrolled growth. In this PhD project, we have used the Drosophila eye as a model to investigate the mechanisms acting downstream of the progenitor-specific transcription factors Homothorax (Hth) and Teashirt (Tsh) in driving the expansion of the progenitor cells. The forced maintenance of Hth and Tsh results in a synergistic effect in stimulating proliferation of progenitor-like cells. We have shown that these transcription factors are able to control cell proliferation affecting systemic as well as organ-autonomous signals. Using transcriptomics, open-chromatin profiling, transcription factor motif analysis and functional assays we have discovered that Hth and Tsh control the expression of a group of nuclear receptors of the ecdysone/estrogen signalling pathway, which are then responsible for the activation of the cell cycle genes that drive proliferation. This regulatory system seems to be relevant beyond Drosophila, since we have found significant co-expression of the human homologues of hth, tsh and nuclear receptor genes in specific cancer types. Moreover, these progenitor-like cells upregulate the expression of extracellular matrix components, increasing the avidity of these cells for the locally produced signalling morphogen, Decapentaplegic (Dpp). This increased avidity leads to a cell autonomous hyperactivation of the Dpp pathway, which is required for the hth+tsh-induced tissue overgrowths. Additionally to the Dpp pathway, the Hedgehog (Hh) signalling pathway is also required to maintain the proliferation of the progenitor-like cells. In this situation the hyperactivation of the pathway depends, at least partially, on the transcriptional regulation of its ligand, Hedgehog. Once cells stop proliferating, they need to undergo a series of transient states that would finally lead to their differentiation. In this PhD project, we have aimed to better understand the mechanisms controlling these cell transitions. To do so, we generated a gene network comprising transcription factors and chromatin remodellers, as these proteins are key in regulating gene expression. We identify the Brahma complex subunit Bap60 as a component of this network likely under the control of the transcription factors Ey and Hth, both important regulators of the earliest stages of eye specification. We have found that when Bap60 function is attenuated, the dynamic patterns of retinal determination genes that characterize the progenitor to precursor transition are abnormal, pointing to a mutual regulation between fate determinants and chromatin remodelling complexes during normal eye development.
[PT]: Durante o desenvolvimento, o crescimento dos órgãos depende maioritariamente da proliferação celular. Combinações específicas de fatores de transcrição e de sinais extracelulares na população de células progenitoras são necessárias para controlar este processo. Frequentemente, a manutenção de fatores de transcrição específicos das células progenitoras leva a um crescimento descontrolado. No projeto desenvolvido nesta tese de doutoramento, usámos o olho de Drosophila como modelo para investigar os mecanismos regulados pelos fatores de transcrição específicos das células progenitoras – Homothorax (Hth) e Teashirt (Tsh) – no control da expansão destas células. A manutenção forçada de Hth e Tsh resulta num efeito sinérgico que estimula a proliferação destas células, células semelhantes às células progenitoras. Mostrámos que estes fatores de transcrição são capazes de controlar a proliferação celular afetando tanto sinais sistémicos como sinais autónomos do próprio órgão. Usando transcritómica, caracterização do estado da cromatina no genoma completo, análise de motivos de união de fatores de transcrição e análises funcionais verificamos que Hth e Tsh controlam a expressão de um grupo de recetores nucleares da via de sinalização da ecdisona/estrogénios, que posteriormente são responsáveis pela ativação dos genes do ciclo celular que controlam a proliferação. Este sistema regulatório parece ser relevante não só em Drosophila, uma vez que verificamos que existe uma co-expressão significativa dos homólogos humanos de hth, tsh e dos genes de receptores nucleares em tipos específicos de cancro. Além disso, estas células semelhantes às células progenitoras ativam a expressão de componentes da matriz extracelular, aumentando a avidez destas células pelo morfogéneo produzido localmente, Decapentaplegic (Dpp). Este aumento de avidez leva a uma ativação autónoma celular da via de Dpp, que é necessária para o sobrecrescimento de tecido induzido por hth+tsh. Juntamente com via de sinalização de Dpp, a via de sinalização de Hedgehog (Hh) é também necessária para manter a proliferação das células semelhantes às células progenitoras. Neste caso a ativação da via depende, pelo menos parcialmente, da regulação da transcrição do seu ligando, Hedgehog. No momento em que as células param de proliferar, passam por uma série de estados transitórios que finalmente conduzem à sua diferenciação. Neste trabalho focámo-nos em perceber de uma forma mais clara os mecanismos que controlam estas transições entre populações de células. Para tal, criámos uma rede de regulação genética composta por fatores de transcrição e remodeladores de cromatina, uma vez que estas proteínas são essenciais para a regulação da expressão genética. Identificámos Bap60, uma sub-unidade do complexo Brahma, como um componente desta rede que muito provavelmente está sob o controlo dos fatores de transcrição Ey e Hth, ambos importantes reguladores dos estágios iniciais de especificação do olho. Verificámos que quando reduzimos a função de Bap60, os padrões dinâmicos dos genes que determinam a formação da retina e que caracterizam a transição de células progenitoras a células precursoras são afectados, apontando para uma regulação mútua entre genes que determinam a formação da retina e complexos remodeladores da cromatina durante o desenvolvimento normal do olho.
DescriptionTese de Candidatura ao grau de Doutor em Ciências Biomédicas submetida ao Instituto de Ciências Biomédicas Abel Salazar (ICBAS) da Universidade do Porto, Portugal.
A investigação descrita nesta tese foi realizada no Centro Andaluz de Biología del Desarrollo (CABD), Universidad Pablo de Olavide, Sevilha, Espanha e no Instituto de Biologia Molecular e Celular, Universidade do Porto, Porto, Portugal.
URIhttp://hdl.handle.net/10261/164203
Appears in Collections:(CABD) Tesis
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