Efecto de la hormona tiroidea sobre la expresión de genes implicados en mecanismos de regulación post-transcripcional en cerebro
Author
Cuadrado García, María AnaAdvisor
Muñoz Terol, AlbertoEntity
UAM. Departamento de BioquímicaDate
2000-05-09Subjects
Cerebro - Tesis doctorales; Biología y Biomedicina / BiologíaNote
Tesis doctoral inédita leída en la Universidad Autónoma de Madrid, Facultad de Medicina, Departamento de Bioquímica. Fecha de lectura: 09-05-2000Abstract
RESUMEN
La hormona tiroidea (T3) desempeña un papel esencial en el correcto desarrollo del SNC de
mamíferos. La disminución de los niveles normales de esta hormona en el hombre durante períodos
críticos del desarrollo provoca graves anomalías neurológicas y retraso mental severo. Con el objeto de
comprender mejor los efectos de la hormona tiroidea sobre el desarrollo cerebral hemos buscado
genes regulados por T3 en este órgano. Para ello hemos utilizado la técnica de PCR diferencial con la
línea celular neurona1 E18 + TRa sensible a T3. De este modo, hemos identificado el homólogo en rata
del gen SWAPde Drosophila como un gen regulado por hormona tiroidea en esta línea celular y
durante el desarrollo del cerebro de rata. Hemos visto que el hipotiroidismo provoca un incremento de
la expresión del RNAm de SWAP entre los días P5 y P15 en todas las regiones cerebrales a excepción
del cerebelo.
Numerosos estudios demuestran la existencia de múltiples genes regulados por hormona
tiroidea en los que no se han identificado elementos de respuesta. Esto sugiere que T3 puede estar
implicada en mecanismos de regulación post-transcripcional. En base a ello hemos estudiado el efecto
del estado tiroideo sobre la expresión de msi-1 y huD, dos genes que codifican proteinas relacionadas
con este tipo de procesos. Hemos observado que T3 incrementa los niveles de RNAm y proteina Msi-1
Ni vivo durante el período postnatal temprano. In vitro, el tratamiento con hormona tiroidea de células
N2a que expresan niveles adecuados de receptores (a o $) provoca un aumento de expresión de Msi-
1. Este efecto es específico de T3, y se debe probablemente a un efecto directo sobre la transcripción
de este gen. Hemos demostrado que la expresión exógena de la proteina Msi-1 en células N2a es
responsable de un incremento en la proporción de isoformas maduras de tau que contienen el exón 10
respecto a las que no lo contienen (isoformas inmaduras). siendo éste el resultado de un efecto
descrito de T3 sobre el "splicing" alternativo de tau durante el desarrollo cerebral. El tratamiento con
hormona tiroidea de las células NZa + TR$ tiene el mismo efecto. Estos resultados sugieren que Msi-1
es una proteína reguladora de "splicing" que media la regulación por T3 en el desarrollo del "splicing"
alternativo del pre-RNAm de tau. Finalmente, hemos visto que la expresión de HuD depende del estado
tiroideo en el cerebro de rata a lo largo del desarrollo perinatal. El hipotiroidismo provoca un aumento
de la expresión tanto del RNAm como de la proteína HuD. Hemos visto este mismo efecto en las
células N2a + TR$ tratadas con T3. Las proteínas Hu están implicadas en el control de la estabilidad
del RNAm mediante la unión a secuencias ricas en AU. Hemos demostrado que las proteínas HuD y
HuR se unen con alta afinidad a varias secuencias de este tipo localizadas en los RNAm de Tn-C y
AChE. Esto sugiere que los efectos de T3 en la expresión de ambos genes puede estar mediada por
HuD.
Mediante el control de la expresión de SWAP, Msi-1 y HuD la hormona tiroidea puede ejercer
efectos reguladores sobre múltiples genes. De este modo se define un nuevo mecanismo de acción de
T3 que puede ser importante en el desarrollo del cerebro. SUMMARY
Thyroid hormone (T3) is an important regulator of mammalian brain maturation. Lack of
adequate levels of T3 during the fetal and neonatal periods leads to mental deficiency in humans and
multiple severe abnormalities. In order of understand better these alterations and the effects of T3 in the
brain we have searched for new T3-regulated genes in this organ. For this purpose we have used the
differential display PCR method in the T3 responsive neurona1 cell line E18 + TRa. We have been able
to identify the rat homolog of the Drosophila splicing regulator SWAP as a thyroid hormone regulated
gene in the developing rat brain and in the E18 + TRa cells. We found that hypothyroidism causes an
abnormal high level of SWAP RNA expression at P5-P15 throughout the brain except the cerebellum.
A subset of T3-regulated genes contains no T3REs, suggesting a role of T3 in posttranscriptional
regulation mechanisms. We have studied the effect of thyroid status on the expression of
msi-1 and huD, two genes that codify proteins involved in this kind of processes. We have found that T3
increases in vivo the Msi-1 mRNA and protein levels during the early postnatal period. In vitro, T3
treatment of N2a cells expressing adequate levels of thyroid hormone receptors (a or p) causes an
increase in Msi-1 expression. This effect is specific, and probably a consequence of a direct increase in
msi-1 transcription rate. We have demonstrated that the increase in Msi-1 levels in N2a cells by the
expression of an exogenous gene causes the splicing in of exon 10 in tau pre-mRNA, which is
reminiscent of the effect of T3 on tau RNA alternative splicing during rat brain development.
Remarkably, T3 addition has the same effect in N2a + TRP cells. These findings provide strong
evidence that Msi-1 is a splicing regulator that mediates the developmental regulation of tau pre-mRNA
alternative splicing by thyroid hormone. Finally we have found that HuD expression depends of thyroid
status in the rat brain. Hypothyroidism causes an increase in HuD expression at both. RNA and protein
levels. We have also seen that T3 has the same effect in N2a + TRP cells. Hu proteins are involved in
the control of mRNA stability process by binding to AU-rich sequences. We have showed that HuD and
HuR proteins are able to bind with high affinity several of these sequences located in Tn-C and AChE
mRNAs. This suggests that the effect of T3 on the expression of both genes may be mediated by HuD.
By modulating the expression of SWAP, Msi-1 and HuD thyroid hormone may exert wide
regulatory effects on multiple genes. This defines a novel rnechanism of action of T3 that can be
important in the developing rat brain.
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