La familia de mir-58 y el correceptor SMA-10 como moduladores de la señalización por TGFβ en Caenorhabditis elegans

Abstract

La señalización celular controlada por la superfamilia de “Transforming Growth Factor β” (TGFβ) tiene un papel clave tanto en el desarrollo embrionario como en la homeostasis celular de los tejidos adultos. Aunque el funcionamiento básico de las rutas de TGFβ es conocido, no lo es tanto su modulación, por ejemplo por parte de los microRNAs o de diversos correceptores de membrana plasmática. Debido al protagonismo de las rutas de TGFβ en numerosos procesos biológicos y patológicos, la investigación sobre los moduladores de TGFβ comprende un campo importante, tanto desde un punto de vista biológico como biomédico. Como la señalización por TGFβ está relativamente conservada evolutivamente, hemos elegido el nematodo Caenorhabditis elegans como modelo experimental. En C. elegans existen dos rutas de TGFβ conocidas: TGFβ Sma/Mab, implicada en la adquisición del tamaño corporal, entre otros procesos; y TGFβ Dauer, que regula la entrada en el estadio de resistencia conocido como dauer. Hemos encontrado dos nuevos reguladores de la señalización de TGFβ: la familia de microRNAs de mir-58 y el correceptor SMA-10. En cuanto a la familia de mir-58, el mutante disponible para cuatro de los cinco miembros de esta familia de microRNAs es pequeño e incapaz de formar dauers. Nuestros resultados indican que la familia de mir-58 inhibe, mediante su unión a los 3’UTRs, la expresión de los mRNAs de dbl-1, sma-6, daf-4 y daf-1, todos ellos miembros clave y reguladores positivos, de las rutas TGFβ Sma/Mab y/o TGFβ Dauer. Hemos comprobado que, consistentemente con lo anterior, ambas rutas están sobreexpresadas en el mutante de la familia de mir-58. Experimentos epistáticos sugieren que la incapacidad de producir dauers de dicho mutante es debida a la sobreexpresión de TGFβ Dauer. En cambio, aunque la familia de mir-58 inhibe el crecimiento a través de TGFβ Sma/Mab, estos microRNAs tienen un efecto predominantemente promotor del tamaño corporal de forma independiente a TGFβ Sma/Mab. Asimismo, por lo que respecta a la regulación de la familia de mir-58, hemos observado que la expresión de dos de sus miembros, mir-58 y mir-80, está, a su vez, positivamente controlada por TGFβ Sma/Mab, creando así un bucle regulatorio negativo entre estos microRNAs y TGFβ Sma/Mab. También hemos encontrado que la proteína transmembrana SMA-10 participa de la ruta TGFβ Sma/Mab como regulador positivo del tamaño corporal de C. elegans, aunque este resultado ha sido publicado de forma independiente durante el transcurso de esta tesis. Nuestro trabajo muestra que SMA-10 es un componente dispensable en la señalización por TGFβ Sma/Mab: mientras que regula algunos fenotipos de la ruta como el tamaño corporal o el periodo reproductivo, no afecta a otros fenotipos regulados por TGFβ Sma/Mab, como la longevidad o inmunidad. Finalmente, hemos descubierto que SMA-10 tiene un papel inmunoprotector, dependiente de la ruta de Insulina, actuando corriente arriba de su único receptor en nematodos, DAF-2

Transforming Growth Factor β (TGFβ) comprises a family of protein ligands involved in a wide range of animal processes, which play a key role in development and cellular homeostasis. Although the basic elements of the TGFβ signaling pathway are well known, there are also many side regulators, such as microRNAs and transmembrane coreceptors, which need to be investigated. Since TGFβ signaling is key to so many biological and pathological processes, it is important to study in detail those regulators. Given the relative evolutionary conservation of TGFβ pathways, we have tried to discover new TGFβ regulators using the model organism Caenorhabditis elegans. Two TGFβ pathways are known in C. elegans: TGFβ Sma/Mab, involved in many phenotypes such as body size, and TGFβ Dauer, which controls the decision to enter an alternative larval stage known as dauer, designed to resist harsh environmental conditions. We have found two new TGFβ regulators, the microRNA family mir-58 and the transmembrane protein SMA-10. It is known that a mir-58 family mutant, which lacks four of its five members, is small and dauer defective. Our results show that mir-58 family inhibits the expression of dbl-1, sma-6, daf-4 and daf-1 mRNAs through their 3’UTRs. All these mRNAs are key members, and positive regulators, of TGFβ Sma/Mab and/or TGFβ Dauer. In agreement, we have found that both TGFβ pathways are upregulated in the mir-58 family mutant. Our epistatic analyses suggest that the dauer defectiveness of the mir-58 family mutant is caused by an overexpression of TGFβ Dauer. In contrast, the small size of the mir-58 family mutant is unrelated to TGFβ Sma/Mab. We have discovered that, independently of the overall positive role on body size, mir-58 family also shows an additional inhibitory role on growth, which depends on its interaction with TGFβ Sma/Mab. Moreover, in relation to mir-58 family regulation, we show that TGFβ Sma/Mab, in turn, positively controls the expression of two members of this family, mir-58 and mir-80. Therefore a negative feedback loop is present between those microRNAs and TGFβ Sma/Mab. We also found that the transmembrane protein SMA-10 is a positive regulator of C. elegans body size, although this result was published after we discovered it independently. Our research shows that SMA-10 is not an obligated member of the TGFβ Sma/Mab signaling: while this coreceptor participates of some of the phenotypes controlled by that pathway, i.e. body size and reproductive span, it does not of other TGFβ Sma/Mab functions, i.e. longevity and immunity. Additionally, we show that SMA-10 plays a new role in immunity, dependent on the insulin pathway and upstream of the insulin receptor DAF-2