[ES] La regulación epigenética es esencial para el control del programa transcripcional durante el desarrollo, así como para el mantenimiento del fenotipo celular en células maduras. No obstante, la alteración anormal de estos mecanismos epigenéticos se asocia con frecuencia al desarrollo de enfermedades, especialmente en cáncer, donde contribuyen de manera esencial a la progresión tumoral. Entre los mecanismos de regulación epigenética se incluyen fundamentalmente ARN reguladores no codificantes, modificaciones covalentes en histonas, variantes transcripcionales de histonas, modificaciones en el ADN y, en conjunto, todas las proteínas que reconocen o alteran dichos elementos. La acetilación del grupo amino de la cadena lateral de las lisinas en las histonas H3 y H4 es una de las marcas epigenéticas más estudiadas, generalmente asociada con una transcripción génica activa. Esta modificación post-transcripcional puede ser reconocida por una familia de proteínas denominada bromodominio y dominio extraterminal (BET, Bromodomain and Extraterminal domain) cuyos miembros poseen dos bromodominios en tándem capaces de unirse específicamente a grupos acetilo presentes en otras proteínas. Dentro de esta familia, la proteína BRD4 se une a histonas acetiladas en la cromatina y actúa como kinasa del dominio C terminal de las polimerasa II, ejerciendo de esta forma como puente funcional entre la maquinaria transcripcional y la acetilación de histonas. Por tanto, BRD4 es un importante regulador epigenético, lo que sugiere que podría tener un papel esencial en la diferenciación celular o durante los procesos de transformación y progresión tumoral. En la presente tesis doctoral, nos planteamos determinar el posible papel de BRD4 en cáncer, usando como modelo el cáncer de colon humano, así como su función en el proceso de diferenciación celular, analizando la diferenciación in vitro de las células troncales embrionarias humanas. En cáncer de colon, observamos que la región promotora de BRD4 se encuentra frecuentemente hipermetilada y que esto se asocia con una menor expresión del gen. Además, demostramos que el restablecimiento de la expresión de BRD4 en células tumorales derivadas de cáncer de colon reduce el potencial proliferativo in vivo, lo que sugiere un papel supresor en cáncer. Por otro lado, observamos que BRD4 se hipometila y se sobreexpresa durante la diferenciación in vitro de las células troncales embrionarias indicando un posible papel durante la diferenciación. Además, observamos que la reducción de los niveles endógenos de BRD4 tiene un efecto claramente negativo sobre el potencial hemogénico in vitro de las células troncales. Finalmente, estudiamos si el papel de BRD4 sobre la diferenciación estaba mediado por c-MYC, ya que esta proteína es esencial durante la especificación hematoendoltelial embrionaria y además su expresión está regulada por BRD4. En nuestro sistema experimental, demostramos que la represión de BRD4 reduce los niveles de expresión de c-MYC. No obstante, la sobreexpresión de c-MYC no fue suficiente para recuperar el potencial de diferenciación de las células troncales con niveles reducidos de BRD4. En conjunto, nuestros resultados indican que BRD4 tiene un papel relevante durante la diferenciación de células troncales por un mecanismo independiente de c-MYC.

[EN] The epigenetic mechanisms are essential for gene expression regulation during development and for maintenance of the gene expression program in mature cells. Nonetheless, epigenetic alterations are frequently associated with human diseases, particularly in cancer in which they contribute to the cell transformation and tumor progression. The epigenetic mechanisms are varied and include regulatory non-coding RNAs, covalent modifications in DNA, post-translational modifications in histones, histone variants and all the proteins that recognize or modify all these elements. The acetylation of the lysine side-chain in histone H3 and H4 is probably the most studied histone modification and is generally associated to active transcription. This histone mark can be recognized by the Bromodomain and Extraterminal domain (BET) proteins. Members of this family have two tandem bromodomains that can bind acetylated lysines present in other proteins. Among them, BRD4 is capable of binding acetylated histones and exerts a kinase activity on the C-terminal domain of the polymerase II, acting as a functional link between the transcriptional machinery and histone acetylation. Therefore, BRD4 is an essential epigenetic regulator, suggesting that this protein could play a key role during cell differentiation or during cancer transformation and tumor progression. The work presented in this Thesis concerns the role of BRD4 in human colon cancer and during cell differentiation of human embryonic stem cell. We observed that BRD4 is frequently downregulated by aberrant promoter hypermethylation in human colon cancer. Moreover, we demonstrated that BRD4 restoration in human colon cancer-derived cell lines reduces the proliferation potential in vivo, suggesting that BRD4 may act as a cancer suppressor in colon. On the other hand, we observed that during the differentiation of human embryonic stem cell BRD4 expression is upregulated and its gene promoter becomes demethylated. Furthermore, disruption of BRD4 expression in human embryonic stem cells severely diminished the hemogenic potential in vitro. Finally, to investigate the molecular mechanism by which epigenetic regulation of BRD4 modulates hematopoiesis, we focused our attention on c-MYC, a known BRD4 target that has previously been shown to play an important role during embryonic hematoendothelial specification. In our experimental model, BRD4 downregulation in human embryonic stem cells reduced c-MYC expression. Nonetheless, c-MYC overexpression did not rescue on its own the hemogenic potential, indicating that the BRD4-mediated repression of the hematopoietic differentiation is not exclusively owing to c-MYC downregulation.

Esta tesis doctoral ha sido realizada gracias al disfrute de una Ayuda Predoctoral otorgada por el Instituto Universitario de Oncología del Principado de Asturias. El trabajo experimental ha sido financiado por los proyectos de la Fundación para el fomento en Asturias de la Investigación Científica Aplicada y la Tecnología (FICYT, IB09-106), por el Instituto de Salud Carlos III (PS09/02454) y por los proyectos FIS/FEDER PI12/01080 y PI11/01728

Programa de Doctorado “Investigación en Cáncer".

Peer reviewed

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