Ribonucleoprotein granules (RNP granules) are liquid-liquid phase separated
complexes composed mainly by proteins and RNA. They are responsible of many
processes involved in RNA regulation. Alterations in the dynamics of these proteinRNA complexes are associated with the appearance of several neurodegenerative
disorders such as Amyotrophic Lateral Sclerosis ALS or Fragile X Tremor Ataxia
Syndrome FXTAS. Yet, many aspects of their organization as well as the specific
roles of the RNA on the formation ...
Ribonucleoprotein granules (RNP granules) are liquid-liquid phase separated
complexes composed mainly by proteins and RNA. They are responsible of many
processes involved in RNA regulation. Alterations in the dynamics of these proteinRNA complexes are associated with the appearance of several neurodegenerative
disorders such as Amyotrophic Lateral Sclerosis ALS or Fragile X Tremor Ataxia
Syndrome FXTAS. Yet, many aspects of their organization as well as the specific
roles of the RNA on the formation and function of these complexes are still unknown.
In order to study RNP granules structure and formation, we integrated several state of
the art high-throughput datasets. This includes protein and RNA composition obtained
from RNP pull-downs, protein-RNA interaction data from eCLIP experiments and
transcriptome-wide secondary structure information (produced by PARS). We used
network analysis and clustering algorithms to understand the fundamental properties
of granule RNAs. By integrating these properties, we produced a model to identify
scaffolding RNA. Scaffolding RNAs are able to recruit many protein components into
RNP granules. We found that the main protein components of stress granules (a kind
of RNP granules) are connected through protein-RNA interactions. We also analyzed
the contribution of RNA-RNA interactions and RNA post-transcriptional
modifications on the granule internal organization.
We applied these findings to understand the biochemical pathophysiology of FXTAS
disease, employing as well some novel experimental data. In FXTAS, a mutation on
the FMR1 gene produces a 5´microsatellite repetition that enhances its scaffolding
ability. This mutated mRNA is able to sequester some important proteins into nuclear
RNP granules, such as TRA2A (i.e. a splicing factor), impeding their normal function
and therefore producing some symptoms associated with the progress of the disease.
The better understanding of the principles governing granules formation and structure
will enable to develop novel therapies (e.g. aptamers) to mitigate the development of
several neurodegenerative diseases.
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Los gránulos ribonucleoproteicos (gránulos RNP, por sus siglas en inglés) son
complejos producidos mediante separación líquido-líquido y están constituidos
principalmente por proteínas y ARN. Son responsables de numerosos procesos
involucrados con la regulación del ARN. Alteraciones en la dinámica de estos
complejos de proteínas y ARN están asociadas con la aparición de diversas
enfermedades neurodegenerativas como el ELA o FXTAS. Sin embargo, todavía se
desconocen muchos aspectos relativos a su ...
Los gránulos ribonucleoproteicos (gránulos RNP, por sus siglas en inglés) son
complejos producidos mediante separación líquido-líquido y están constituidos
principalmente por proteínas y ARN. Son responsables de numerosos procesos
involucrados con la regulación del ARN. Alteraciones en la dinámica de estos
complejos de proteínas y ARN están asociadas con la aparición de diversas
enfermedades neurodegenerativas como el ELA o FXTAS. Sin embargo, todavía se
desconocen muchos aspectos relativos a su organización interna así como las
contribuciones específicas del RNA en la formación y funcionamiento de estos
complejos.
A fin de estudiar la estructura y formación de los gránulos RNP, hemos integrado
varias bases de datos de alto rendimiento de reciente aparición. Esto incluye datos
sobre la composición proteica y en ARN de los RNP, sobre la interacción de proteínas
y ARN extraída de experimentos de eCLIP y sobre la estructura secundaria del
transcriptoma (producida mediante PARS). Todos estos datos han sido procesados
para comprender las propiedades fundamentales de los ARNs que integran los
gránulos, mediante el empleo de métodos computacionales como el análisis de redes o
algoritmos de agrupamiento. De esta manera, hemos producido un modelo que integra
varias de estas propiedades e identifica candidatos denominados ARNs de andamiaje.
Definimos ARNs de andamiaje como moléculas de ARN con una alta propensión a
formar gránulos y reclutar un gran número de componentes proteicos a los gránulos
RNP. También hemos encontrado que las interacciones proteína-ARN conectan los
principales componentes proteicos de consenso de los gránulos de estrés (un tipo
específico de gránulos RNP). También hemos estudiado la contribución de las
interacciones ARN-ARN y las modificaciones post-transcriptionales del RNA en la
organización interna del gránulo.
Hemos aplicado estos resultados para la comprensión de la fisiopatología molecular
de FXTAS, empleando también algunos datos experimentales originales. En FXTAS,
una mutación en el gen FMR1 produce una repetición de microsatélite en 5´ que
incrementa su capacidad como ARN de andamiaje. Este mARN mutado es capaz de
secuestrar algunas proteínas importantes como TRA2A (un factor de ayuste
alternativo) en gránulos RNP nucleares, impidiendo su normal funcionamiento y por
consiguiente produciendo algunos síntomas asociados con el progreso de la
enfermedad. Una mejor comprensión de los principios que gobiernan la formación y
estructura de los gránulos puede permitir desarrollar nuevas terapias (ej: aptámeros)
para mitigar el desarrollo de diversas enfermedades neurodegenerativas.
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Programa de doctorat en Biomedicina