Heterochromatin protein 1 controls gene expression and longevity in response to mitochondrial dysfunction

Resumen

El envejecimiento es un proceso complejo que se desarrolla progresivamente y que da lugar a un funcionamiento defectuoso del organimos, una integridad fisiológica reducida y una mayor vulnerabilidad a la muerte. Con el fin de simplificar su estudio, de los nueve reguladores del envejecimiento que son comunes en todas las especies, esta tesis se centra en las posibles interacciones entre la disfunción mitocondrial, la desregulación en la deteccción de nutrientes y las alteraciones epigenéticas utilizando C. elegans como organismo modelo. Nuestro enfoque se basa en estudios previos que identificaron la proteína HPL-2 como un nuevo regulador de la respuesta de estrés mitocondrial de proteína mal plegada (UPRmt) desencadenada por la disminución de PHB en mutantes defectuosos de tipo salvaje y mutantes de la ruta de señalización de la insulina (IIS). HPL-2, junto con HPL-1, son los dos homólogos en C. elegans de la familia de proteínas de heterocromatina 1 (HP1). Esas proteínas pueden unirse y reconocer grupos de metilación de varias marcas de histonas de heterocromatina, principalmente para reprimir la expresión génica. Las prohibitinas (PHB) son una clase de proteínas mitocondriales conservadas que afectan el envejecimiento de manera opuesta. La reducción de PHB acorta la esperanza de vida de los animales de tipo salvaje, mientras que produce un gran aumento en los mutantes daf-2(e1370) con defectos en la ruta de la insulina (IIS). Este fenotipo de esperanza de vida opuesto está asociado con alteraciones en la función, la estructura y el metabolismo mitocondrial, aún así, la función específica de la PHB sigue sin estar clara. Nuestro primer objetivo se centró en la caracterización de mutantes tanto simples como dobles de hpl-1 y hpl-2 en el contexto del estrés mitocondrial conferido por el agotamiento de PHB. Curiosamente, encontramos profundos cambios en las mitocondrias, entre otras, una regulación diferente de la respuesta de estrés de la proteína mal plegada (UPRmt) y una respiración mitocondrial y estructura alteradas. Además, describimos cambios en la expresión de las proteínas HP1 marcadas endógenamente bajo condiciones de deficiencia de PHB, tanto en gusanos de tipo salvaje como en mutantes daf-2. Posteriormente, evaluamos el papel de las proteínas HP1 en el fenotipo de envejecimiento opuesto tras la disminución de PHB en animales de tipo salvaje y mutantes daf-2. De todos los resultados descritos, aquellos producidos bajo la falta de la proteína HPL-1 se consideraron relevantes y determinantes para establecer el siguiente objetivo. En primer lugar, HPL-1 era necesario para una inducción adecuada de la UPRmt ante la falta del complejo PHB, evitando la reducción de la esperanza de vida. Además, HPL-1 era imprescindible para el aumento de la esperanza de vida debida la reducción de PHB en los mutantes daf-2. También describimos un aumento significativo de la proteína HPL-1 en la hipodermis de los mutantes daf-2 y de los animales de tipo salvaje cuando se les induce un estrés mediante RNAi de phb-1. El segundo objetivo de esta tesis se centró en la caracterización del perfil de unión a cromatina de HPL-1 específicamente en tejido hipodérmico, mediante DamID, ante la pérdida de PHB en animales de tipo salvaje y mutantes daf-2. En primer lugar, encontramos que HPL-1 se distribuía uniformemente en los centros y brazos de los autosomas cromosómicos, ocupando principalmente regiones de codificación de proteínas en todas las condiciones estudiadas. Además, se encontró una fuerte correlación con las marcas de histonas H3K9me3 y H3K27me3 en todas las condiciones. Sin embargo, más de un 75% de genes se unía de forma única a HPL-1 en todas las condiciones. Finalmente, tras el análisis de enriquecimiento de los genes únicos, descubrimos que HPL-1 se unía a genes relacionados con la estructura anatómica y la actividad desmetilasa tras la reducción de PHB. Además, HPL-1 se asoció a genes involucrados en procesos metabólicos y actividad deubiquitinasa ante la deficiencia de IIS. Finalmente, en gusanos mutantes daf-2 con PHB disminuida, encontramos un número significativo de genes relacionados con procesos metabólicos, de unión a tubulina y de actividad metiltransferasa. En este trabajo, desciframos una posible función nueva para la proteína HPL-1 en la regulación de la expresión génica en respuesta al estrés mitocondrial y la señalización deficiente de ruta de la insulina (IIS). Estos resultados han revelado nuevos factores de la cromatina implicados en las vías moleculares que regulan a su vez los mecanismos de control de calidad de la mitocondria ante el estrés. Además, este estudio puede ayudar a aclarar los cambios en la cromatina asociados con el fenotipo de envejecimiento opuesto que se produce tras la pérdida del complejo PHB en animales de tipo salvaje y animales defectuosos en la IIS.