Epigenetics in alternative splicing : links between chromatin structure, transcription and non-coding RNA mediated regulation

Abstract

Generalment s'ha pensat que la regulació de l'splicing alternatiu està controlada principalment per la interacció entre els factors reguladors de l'splicing i la taxa d'elongació de la ARN polimerasa II (RNAPII). Hi ha un evidencia emergent de la complexitat de la regulació de l'splicing alternatiu, que ara també inclou l'activitat d'ARNs no codificants i l'estat de la cromatina. Diverses experiments han demostrat que modificacions en les histones poden regular la inclusió d'exons alternatius, i que la taxa d'elongació de la RNAPII pot estar influenciada pels diferents estats de la cromatina. Els ARNs petits (sRNAs) són una família d'ARNs no codificants associats amb membres de la família de proteïnes Argonauta i són efectors de la via de silenciació gènica. Alguns sRNAs participen en una via alternativa anomenada via de silenciació gènica transcripcional (TGS). Evidències experimentals ha mostrat que els sRNAs interferents que s'uneixen a introns poden promoure l'aparició de modificacions en les histones que alteren la taxa de elongació de la transcripció provocant canvis en l'splicing alternatiu. Aquesta via és coneguda com via de silenciació gènica transcripcional acoplada a splicing alternatiu (TGS-AS). Tenint aixó en compte, nosaltres vam proposar que la proteïna Argonauta 1 (AGO1), podria induir la formació d'heterocromatina i canviar l'splicing alternatiu alterant l'elongació de la RNAPII. Per tal de realitzar una análisi a escala genómica de la regulació de l'splicing alternatiu, hem utilitzat dades provinents de noves tècniques de seqüenciació a gran escala, com ChIP-Seq i RNA-Seq. Hem trobat que hi ha regulació d'splicing alternatiu depenent d'AGO1. Els nostres resultats suggereixen que ARNs interferents endógens podrien estar relacionats amb aquesta regulació. A més, a la part final de la tesi demostrem que hi ha un codi de cromatina que requereix AGO1 que regula l'splicing alternatiu i que és específic per diferents tipus cel·lulars. Adicionalment hem trobat que altres efectors, com CTCF i HP1 alpha, també sòn importants per explicar els canvis en l'splicing dels pre-ARNs. Conjunatment amb altres treballs, aquesta tesis demostra que la regulació de l'splicing alternatiu implica la funció de molts components nuclears i probablement de molts altres que encara han de ser descoberts.

The regulation of alternative splicing has been generally thought of being primarily controlled by the interaction of splicing factors with the RNA molecule and by the elongation rate of the RNA polymerase II (RNAPII). There is an emerging understanding of the complexity of how alternative splicing is regulated which now involves the activity of non-coding RNAs and the chromatin state. Different experiments have shown that histone modifications can regulate the inclusion of alternative exons and that the elongation rate of the RNAPII could be influenced by different chromatin states. In this sense, small RNAs (sRNAs), which are a family of non-coding RNAs associated with members of the Argonaute family of proteins, that are effectors of the silencing pathway, which can participate in an alternative pathway known as transcriptional gene silencing (TGS). Experimental evidence shows that siRNAs targeting introns can induce chromatin marks that affect the rate of transcriptional elongation, affecting the splicing of pre-mRNAs, which is called transcriptional gene silencing alternative splicing (TGS-AS) \citep{Allo2009}. Thus, we proposed that the Argonaute protein (AGO1) could trigger heterochromatin formation and affect splicing by affecting RNAPII elongation. In order to perform a genome-wide analysis of the regulation of alternative splicing we used new highthroughput sequencing technologies as ChIP-Seq and RNA-Seq. We found that there is AGO1 dependent alternative splicing regulation, and our results suggest that endogenous sRNAs could be involved. Additionally, in the last part of the thesis we show a cell specific alternative splicing chromatin code, which also involves AGO1. Even though AGO1 regulation of alternative splicing was related to some specific cases, we found that other effectors, CTCF and HP1$\alpha$ were also important for the splicing changes decisions. This thesis and other recent reports show the regulation of alternative splicing as an integrated process,

Programa de doctorat en Biomedicina