Replicación del DNA, división celular y cromatina

Resumen de Investigación:

La transición a la multicelularidad requiríó el desarrollo de nuevas estructuras y mecanismos para coordinar la división celular, la adquisición de identidades y la diferenciación en complejas redes regulatorias. Nuestro grupo está interesado en entender los mecanismos que controlan estos procesos y cómo la epigenética afecta a dicha coordinación. Para ello, usamos la planta Arabidopsis thaliana que nos permite realizar abordajes moleculares, celulares, genéticos y genómicos. Además, el desarrollo en plantas, al contrario que en animales, es postembrionario y continuo durante toda la vida. Así, nuestra investigación está encaminada a responder cuestiones fundamentales sobre control de la proliferación celular, la homeostasis celular y la replicación del genoma de organismos multicelulares y su regulación a nivel de organismo.

Hemos desarrollado estrategias genómicas para estudiar las propiedades funcionales y los determinantes moleculares de los origenes de replicación del DNA (ORIs) en todos los tipos celulares de un organismo en crecimiento para determinar la influencia de las condiciones hormonales, las señales de desarrollo y el medio ambiente (Fig. 1). Hemos demostrado que la actividad de los ORIs es compatible con múltiples estados de cromatina aunque la mayoría de ellos tienden a localizarse en la región proximal de los promotores, las TSS y el extremo 5’ de los cuerpos génicos. Además, los ORIs están enriquecidos en agrupaciones de trinucleótidos GGN, que pueden originar estructuras G4. Nuestro abordaje experimental está abriendo nuevas posibilidades de estudio de la replicación durante el desarrollo mediante el uso de mutantes. Estamos combinando el estudio de los determinantes moleculares de los ORIs con análisis detallados de la dinámica de las proteínas de los pre-RC durante el desarrollo.

La proliferación celular es crucial para la organogénesis, que viene determinada por un estricto control de los patrones de expresión génica. Así, estudiamos la dinámica de la cromatina durante el ciclo celular con especial énfasis en dos aspectos: uno, la regulación del potencial porliferativo, muy relacionado con el control de la expresión génica en G1 y en G2, y la salida a diferenciación, y otro, relacionado con las modificaciones de la cromatina en respuesta a diversos tipos de estrés. El balance entre la histona canónica H3.1 y la variante H3.3 permite identificar una subpoblación celular que se encuentra desarrollando su último ciclo celular antes de entrar en diferenciación debido a que la mayor parte de la H3.1 deja de formar parte de la cromatina durante la última fase G2, que es más larga en esas células (Fig. 2).

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Fig. 1. Identificación de orígenes de replicación en un organismos en crecimiento: plántulas de Arabidopsis thaliana de 4 y 10 días (panel superior izquierdo). La estrategia incluye la purificación de las cadenas nacientes de DNA (SNS) de cadena sencilla, su conversión a DNA de cadena doble y la secuenciación (panel superior derecho). La identificación de picos en varias situaciones experimentales permite la localización de ORis (barra roja) a lo largo de todo el genoma.

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Fig. 2. Dinámica de la histona H3. La H3.1 canónica (verde), incorporada durante el período S, pero no la variante H3.3 (rojo), que se incorpora de manera independiente del ciclo celular, es desalojada de las células mitóticas (mitosis rojas) en su último ciclo antes de entrar en la zona de diferenciación. Las mitosis del resto de células en ciclos anteriores (mitosis amarillas) contiene H3.1 y H3.3.

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ApellidosNombreLaboratorioExt.*e-mailCategoría profesional
Alonso PérezElisa3084658elisa.alonso(at)cbm.csic.esE.Ayudantes De Invest. De Los Oo.Publicos De Investigacion
Casado GarcíaNadia3084658ncasado(at)cbm.csic.esTitulado Sup. Actividades Tecn. y Prof.GP1
Desvoyes Bénédicte3084658bdesvoyes(at)cbm.csic.esDoctor FC3
Echevarria ZomeñoClara3084658cechevarria(at)cbm.csic.esTitulado Sup. Actividades Tecn. y Prof.GP1
Emiliani Julia3084658jemiliani(at)cbm.csic.esTitulado Sup. Actividades Tecn. y Prof.GP1
Fung UcedaJorge Alberto3084658jorge.fung(at)cbm.csic.esTitulado Sup. Actividades Tecn. y Prof.GP1
Gómez María Sol3084658sgomez(at)cbm.csic.esTitulado Sup. Actividades Tecn. y Prof.GP1
González GilAnna3084658a.gonzalez(at)cbm.csic.esTitulado Sup. Actividades Tecn. y Prof.GP1
Gutiérrez ArmentaCrisanto3084638cgutierrez(at)cbm.csic.esE. Profesores de Investigación de Organismos Públicos de Investigación
Nuñez VázquezRocío3084658rnunez(at)cbm.csic.esTitulado Sup. Actividades Tecn. y Prof.GP1

Publicaciones relevantes:

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  • Sequeira-Mendes, J., Vergara, Z., Peiró, R., Morata, J., Aragüez, I., Costas, C., Mendez-Giraldez, R., Casacuberta, J.M., Bastolla, U., Gutierrez, C. Differences in firing efficiency, chromatin and transcription underlie the developmental plasticity of Arabidopsis DNA replication origins. Genome Res. 29, 784–797 (2019).
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