PhD Pabitra K. Parua

La regulación eficaz de la transcripción dependiente de la ARN polimerasa II (Pol II), que suele mantener niveles adecuados de expresión de genes codificantes de proteínas y ARN no codificantes, es esencial para mantener la salud celular y prevenir enfermedades. La transcripción de la Pol II se regula rigurosamente en tres etapas principales: iniciación, elongación y terminación. Esta regulación involucra diversos factores, como las quinasas, las fosfatasas, la estructura de la cromatina y los transcritos antisentido. La desregulación de la elongación de la Pol II y la producción de transcritos antisentido se han vinculado a numerosas enfermedades, como el cáncer, la diabetes, las enfermedades cardíacas y las neurodegenerativas. Por lo tanto, comprender mejor los fundamentos de estos procesos reguladores es vital para mejorar los marcadores diagnósticos y los tratamientos terapéuticos. Nuestra investigación se centra en la regulación de la transcripción de Pol II tanto en la levadura de fisión Schizosaccharomyces pombe como en células humanas, utilizando un enfoque integrado que abarca la bioquímica, la biología celular y molecular, la genética clásica y la genética química (una técnica que sensibiliza a una quinasa a análogos de ATP no naturales) junto con la genómica y la proteómica.

Nuestra investigación tiene como objetivo explorar tres áreas principales relacionadas con la transcripción de la ARN polimerasa II (Pol II):

Para obtener conocimientos mecanicistas sobre la pausa proximal al promotor Muchos genes en metazoos (y aproximadamente el 20% de los genes en levaduras de fisión) están regulados por un evento temprano conocido como pausa proximal al promotor, donde la Pol II se pausa poco después de la iniciación, aproximadamente entre 20 y 80 nucleótidos aguas abajo del sitio de inicio de la transcripción (TSS). La liberación regulada de la Pol II pausada desde el sitio de pausa proximal al promotor resulta en la síntesis de transcritos completos. La regulación incorrecta de esta pausa o su liberación puede conducir a una expresión génica anormal. Dado el papel crucial de este evento temprano en la regulación de la transcripción de la Pol II, es esencial analizar los mecanismos moleculares subyacentes para comprender la homeostasis transcripcional y su alteración en enfermedades humanas. Estudios recientes sugieren que distintos mecanismos de conmutación de quinasa-fosfatasa controlan la fosforilación de las proteínas efectoras, modulando así el establecimiento, el mantenimiento y la liberación de la pausa. Estas redes vitales de quinasa-fosfatasa son en su mayoría desconocidas y requieren una identificación y caracterización precisas. Nuestro objetivo es investigar la regulación de la pausa proximal al promotor en levaduras de fisión y células humanas para comprender cómo las quinasas y las fosfatasas se coordinan para garantizar el establecimiento de la pausa y la liberación sincronizada, beneficiosa para las células sanas.

Explorar el acoplamiento de la elongación de la transcripción y los procesos cotranscripcionales Las variaciones en la tasa de elongación de la Pol II se han implicado en el control de procesos cotranscripcionales como el procesamiento de los extremos 5' y 3', la transcripción antisentido, la poliadenilación alternativa (APA) y el empalme del pre-ARNm. Sin embargo, se desconoce en gran medida cómo la tasa de elongación controla estos procesos y el consiguiente proceso acoplado. La hipótesis actual es que las velocidades normales de elongación de la Pol II favorecen el reclutamiento de factores necesarios para la ejecución de un paso específico, mientras que las velocidades más lentas de la Pol II promueven el reclutamiento aberrante de factores, lo que resulta en resultados prematuros. Por el contrario, las velocidades más rápidas pueden interrumpir la ejecución oportuna de pasos específicos. Nuestro objetivo principal es examinar las conexiones no caracterizadas ni identificadas entre los antagonismos quinasa-fosfatasa, la tasa de elongación, las modificaciones postraduccionales (MPT) de las histonas, el empalme del pre-ARNm y la polaridad de la transcripción.

Comprender cómo los eventos de fosforilación espacial y temporal influyen en la terminación. La transición de la elongación a la terminación, una etapa crítica de la transcripción, prepara a la Pol II para una terminación eficiente y precisa mediante una serie de eventos secuenciales: (1) la desaceleración de la Pol II al cruzar la señal de escisión y poliadenilación (CPS), lo que lleva a (2) la acumulación de la fosforilación de Ser2 en el dominio carboxiterminal (CTD) de la Pol II, lo que a su vez facilita (3) el reclutamiento de factores involucrados en la formación y terminación del extremo 3' del pre-ARNm. Una pregunta de larga data ha sido cómo se inicia esta transición de la elongación a la terminación. Recientemente identificamos un nuevo mecanismo de conmutación biestable que involucra a la quinasa dependiente de ciclina 9 (Cdk9) y la proteína fosfatasa 1 (PP1) que revierte rápidamente la fosforilación en el CTD de un factor de elongación esencial, Spt5 (y posiblemente otros sustratos de Cdk9) durante el recorrido de la maquinaria de elongación a través del CPS, lo que lleva a una desaceleración de la Pol II. La fosforilación del CTD de Spt5 está inversamente correlacionada con la fosforilación de Ser2 y Thr4 del CTD de Pol II en el extremo 3' de los genes. Sin embargo, aún no se comprende completamente cómo sus relaciones recíprocas influyen funcionalmente en la terminación. Nuestro objetivo es evaluar las conexiones espaciales y temporales de diversos eventos de fosforilación y caracterizar sus funciones moleculares en la terminación de la transcripción.

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