Grupo Kornblihtt
Area de estudio

Regulación del "splicing" alternativo del RNA mensajero

Dr. Alberto Kornblihtt
JEFE DE GRUPO

Profesor Titular Plenario,  FCEN, UBA.
Investigador Superior (CONICET)

Nuestro laboratorio trabaja en la regulación del splicing alternativo del precursor del RNA mensajero, explicando cómo un único gen es capaz de generar muchas proteínas. Encontramos que cambios en la velocidad de elongación de la transcripción controlan el splicing alternativo. También desciframos cómo el daño del DNA por luz ultravioleta y cambios epigenéticos en la cromatina modulan al splicing alternativo a través de su acoplamiento con la transcripcion.

Lineas de investigacion:

El Splicing Alternativo

El splicing alternativo contribuye a generar una gran diversidad proteica a partir de un número limitado de genes. Hallazgos recientes justifican un renovado interés en este proceso, el cual se estima que afecta más del 95% de los genes humanos. Por consiguiente, el splicing alternativo es más una regla que una excepción entre los mecanismos de expresión genética de nuestras células. Mutaciones que afectan a secuencias reguladoras del splicing alternativo son una fuente muy amplia de enfermedades humanas. En efecto, muchas enfermedades hereditarias y cánceres son causados por mutaciones que alteran la función de secuencias reguladoras del splicing alternativo. Además, este mecanismo es particularmente importante en el desarrollo del sistema nervioso. La regulación del splicing alternativo no sólo depende de la interacción de factores de splicing con sus secuencias “blanco” en el precursor del RNA mensajero (premRNA), sino también, como le ocurre a otras reacciones de procesamiento del pre-mRNA, está acoplada a la transcripción por la RNA polimerasa II.

La investigación del grupo está focalizada en la regulación del splicing alternativo, con un énfasis particular en los mecanismos que acoplan las maquinarias de transcripción y de splicing. El grupo estudia cómo cambios en la velocidad de elongación transcripcional  y de la estructura de la cromatina contribuyen a la generación de múltiples variantes de proteínas a partir de un único gen, tanto en células humanas como en plantas.

Cromatina I

El contexto cromatínico afecta la tasa de elongación de Pol II, lo que a su vez modifica el splicing alternativo. Nuestros trabajos confirman un modelo en que modificaciones post-traduccionales de histonas que contribuyen a una compactación de la cromatina, tal como la dimetilación de la lisina 9 de la histona H3 (H3K9me2) inhiben la elongación de la transcripción y, por lo tanto, tienen efectos sobre ciertos eventos de splicing alternativo que son opuestos a los causados por acetilación de la misma histona (H3K9Ac).

Cromatina II

Encontramos que RNAs pequeños de interferencia (small interfering RNAs, siRNAs) dirigidos contra el intrón río abajo de un exón alternativo afectan el splicing alternativo a través de un mecanismo conocido como silenciamiento génico transcripcional (transcriptional gene silencing, o TGS). Los siRNAs intrónicos gatillan la heterocromatinización en los sitios blanco en el DNA por medio de la dimetilación de la lisina 9 de la histona H3 (H3K9me) y consecuente inhibición de la elongación transcripcional, que a su vez afecta el splicing alternativo. El efecto de los siRNAs intrónicos sobre el splicing alternativo no está relacionado con el silenciamiento génico post-transcripcional. Encontramos que la proteína argonauta AGO1 es necesaria para obtener este efecto sobre la estructura cromatínica. Estamos llevando a cabo un estudio sistemático para identificar en el genoma humano sitios blanco de AGO1 con un rol en el control del splicing alternativo por siRNAs.

Noche y día en las plantas

Usamos la planta modelo Arabidopsis thaliana para investigar el mecanismo por el cual las condiciones de luz/oscuridad afectan el splicing alternativo. Encontramos que el cloroplasto responde a la luz generando una señal retrógrada que actúa en el núcleo en la regulación del splicing alternativo de determinados genes. La señal es gatillada por la plastoquinona (PQ) en su estado reducido La PQ es uno de los eslabones del transporte electrónico fotosintético. Más recientemente, encontramos que la señal que sale del cloroplasto cuando la planta es expuesta a la luz aumenta la velocidad de elongación de la enzima RNA polimerasa. En otros palabras, descubrimos que en en las plantas, la elongación de la transcripción es más rápida de día que de noche, lo cual explica el mecanismo nuclear del control del splicing alternativo por la luz.

Atrofia muscular espinal

La atrofia muscular espinal (AME) es un trastorno genético de las neuronas motoras que es la principal causa genética de mortalidad infantil y es causada pormutaciones del gen SMN1. En individuos sanos, SMN1 codifica la proteína survival of motor neuron (SMN), que desempeña un papel crucial en el sistema nervioso. Los humanos tenemos un parálogo de SMN1, llamado SMN2. Debido a diferencias de secuencia, el exón 7 de SMN2 (E7) es poco incluido en su ARNm lo que hace que solo el 10-20% de los transcriptos de SMN2 codifiquen la proteína de longitud completa. Por lo tanto, en ausencia de expresión de SMN1, SMN2 no puede compensar la deficiencia en la proteína SMN. El Dr. A. Krainer (CSHL, Nueva York) desarrolló una terapia para AME y la FDA la aprobó en diciembre de 2016. Krainer diseñó un poderoso oligonucleótido específico de alelo (ASO), llamado Spinraza, que promueve la inclusión de E7 en el transcripto de SMN2, en células, animales y pacientes. Spinraza interactúa con una secuencia localizada en el intrón que sigue a E7 (intrón 7), que es el sitio de unión de los factores de splicing negativos hnRNPA1 y A2. Cuando el sitio de unión hnRNPA1 / A2 es bloqueado por el ASO, la inclusión de E7 en el ARNm aumenta y se producen niveles más altos de proteína SMN de longitud completa. Hemos encontrado en células humana en cultivo, que la elongación transcripcional rápida, causada por la relajación de la cromatina debida a la acetilación de histonas, promueve la inclusión de SMN2 E7 y que el uso combinado del inhibidor de la histona deacetilasa (HDAC) y Spinraza regulan de forma sinérgica la inclusión de E7. También observamos que la administración combinada de ASO similar a Spinraza y TSA tiene fuertes efectos sinérgicos sobre el crecimiento y la supervivencia de los ratones con AME. Estos trabajos apuntan a establecer una terapia combinada entre Spinraza e inhibidores de histona deacetilasas en pacientes con AME.

Los avances obtenidos fueron posibles gracias al apoyo de Familias Atrofia Muscular Espinal Argentina (FAME) y CureSMA de EEUU.

Técnicas usadas regularmente en el laboratorio

 Biología molecular básica (clonado, marcado, hibridación, electroforesis en geles de agarosa y de poliacrilamida, PCR, RT-PCR, PCR en tiempo real) / – Cultivo de células de mamíferos / – Transfecciones de células con DNA y con RNA / – Interferencia por RNA / – Inmunoprecipitación de la cromatina (ChIP) / – Ensayo de accesibilidad de cromatina por MspI / – ChIP-seq / – Western blotting / – Inmunofluorescencia / – Ensayo de protección a la Rnasa (RPA) / – Ensayo de Run-on / – Expresión de genes usando RNA polimerasas mutantes resistentes a alfa-amanitina / – Manipulaciones básicas de Arabidopsis

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    Nuevos avances en el tratamiento para la enfermedad de atrofia muscular espinal

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– Sánchez, S. E.*, Petrillo, E.*, Beckwith, E. J., Zhang, X., Matías, L., Rugnone, C., Hernando, E., Cuevas, J. C., Godoy Herz, M. A., De Petris-Chauvin, A., Simpson, C. G., Brown, J. W. S., Cerdán, P. D., Borevitz, J. O., Mas, P., Ceriani, M. F., Kornblihtt, A. R. & Yanovsky, M. J. A methyl transferase links the circadian clock to the regulation of transcription and alternative splicing. Nature 468, 112-116 (2010).

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– Dujardin, G., Lafaille, C., Petrillo, E., Buggiano, V., Gómez Acuña, L. I., Fiszbein, A., Godoy Herz, M., Nieto Moreno, N., Muñoz, M. J., Alló, M., Schor, I. E. & Kornblihtt, A. R. Transcriptional elongation and alternative splicing. Biochim. Biophys. Acta 1829, 134–140 (2013).

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– Petrillo, E., Godoy Herz, M. A., Simpson, C., Fuller, J., Yanovsky, M. J., Fuchs, A., Brown, J. W. S., Barta, A., Kalyna, M. & Kornblihtt, A. R. A chloroplast retrograde signal regulates nuclear alternative splicing. Science 344, 427-430 (2014).

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– Gómez Acuña, L. I. & Kornblihtt A. R. Long range chromatin organization: a new layer in splicing regulation? Transcription 5 (1) (2014).

– Alló*, M., Agirre*, E., Bessonov*, S., Bertucci*, P., Gómez Acuña*, L., Buggiano, V., Bellora, N., Singh, B., Petrillo, E., Blaustein, M., Miñana, B., Dujardin, G., Pozzi, B., Pelisch, F., Bechara, E., Agafonov, D. E., Srebrow, A., Lührmann, R., Valcárcel, J., Eyras, E.* & Kornblihtt, A. R.* Argonaute-1 binds transcriptional enhancers and controls constitutive and alternative splicing in human cells. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 111, 15622-15629 (2014).

Kornblihtt, A. R. Transcriptional control of alternative splicing along time: ideas change, experiments remain. (RNA 20th anniversary issue) RNA 21, 670-672 (2015).

– Petrillo, E., Godoy Herz, M., Barta, A., Kalina, M. & Kornblihtt, A.R. Let there be light: regulation of gene expression in plants. RNA Biol. 11, 1215-1220 (2014).

– Buggiano, V., Petrillo, E., Alló, M., Lafaille, C., Redal, M. A., Alghamdi, M. A., Khoder, M. I., Shamy, M., Muñoz, M. & Kornblihtt, A. R. Effects of airborne particulate matter on alternative pre-mRNA splicing in colon cancer cells. Environmental Research 140, 185-190 (2015).

– Giono, L. E. & Kornblihtt, A. R. A bumpy road for RNA polymerase II. Nature Struct. Mol. Biol. (News and Views) 22, 353–355 (2015).

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– Nieto Moreno, N., Giono, L. E., Cambindo Botto, A. E., Muñoz. M. J. & Kornblihtt, A. R. Chromatin, DNA structure and alternative splicing. FEBS Lett. 589, 3370-3378 (2015).

– Fiszbein, A., Giono, L.E., Quaglino, A., Berardino, B. G., Singaut, L., von Bildering, C., Schor, I. E., Pietrasanta, L., Caramelo, J., Srebrow, A. & Kornblihtt, A. R. Alternative splicing of G9a regulates neuronal differentiation. Cell Reports 14, 2797–2808 (2016). Cover of the issue.

– Giono, L. E., Nieto Moreno, N., Cambindo Botto, A. E., Dujardin, G., Muñoz, M. J. & Kornblihtt, A. R. The RNA Response to DNA Damage. J. Mol. Biol. 428, 2636-2651 (2016).

– Hollander, D., Naftelberg, S., Lev-Maor, G., Kornblihtt, A. R. and Ast, G. How Are Short Exons Flanked by Long Introns Defined and Committed to Splicing? Trends Genet. 32, 596-606 (2016).

– Fiszbein A. & Kornblihtt, A. R. Histone methylation, alternative splicing and neuronal differentiation. Neurogenesis 3, e12048442016 (2016).

– Muñoz*, M. J., Nieto Moreno*, N., Giono*, L. E., Cambindo Botto, A. E., Dujardin, G., Bastianello, G., Lavore, S., Torres-Méndez, A., Menck, C. F. M., Blencowe, B., Irimia, M., Foiani, M. & Kornblihtt, A. R. Major roles of cyclobutane pyrimidine dimers, nucleotide excision repair and ATR in the alternative splicing response to UV irradiation. Cell Reports 12, 2868-2879 (2017). Cover of the issue.

– Fiszbein, A. & Kornblihtt, A. R. Alternative splicing switches: Important players in cell differentiation. BioEssays 39, doi: 10.1002/bies.201600157 (2017).

Kornblihtt, A. R. Epigenetics at the base of alternative splicing changes that promote colorectal cancer. J. Clin. Invest. 127, 3281-3283 (2017).

– Godoy Herz, M. A., Kubaczka, M. G., Brzyżek, G., Servi, L., Krzysztoń, M., Simpson, C., Brown, J., Swiezewski, S., Petrillo, E. & Kornblihtt, A. R. Light regulates plant alternative splicing through the control of transcriptional elongation. Molecular Cell 73, 1066-1074 (2019). Featured article. Cover of the issue.

– Godoy Herz, M. A. & Kornblihtt, A. R. Alternative splicing and transcription elongation in plants. Frontiers in Plant Science 10, 309 (2019).

– Maslon, M. M., Braunschweig, U., Aitken, S., Mann, A. R., Kilanowski, F., Hunter, C. J., Blencowe, B. J., Kornblihtt, A. R., Adams, I. R. & Cáceres, J. F. A slow transcription rate causes embryonic lethality and perturbs kinetic coupling of neuronal genes. EMBO J. EMBO J. 38, e101244 (2019).

 

Accordion Content

Subsidios recibidos

SUBSIDIOS Y CONVENIOS

– CONICET.

– Covenio CNRS (Francia) – CONICET.

– Universidad de Buenos Aires.

– Fundación Antorchas.

– International Centre for Genetic Engineering and Biotechnology (ICGEB), Trieste, Italia (1992-1994).

– International Centre for Genetic Engineering and Biotechnology (ICGEB), Trieste, Italia (1996-1998).

– Third World Academy of Sciences (1995).

– BID – Progr. de Modernización Tecnológica – PID º PMT-SID 0262 (1996-1998).

– National Institutes of Health – EE.UU. Fogarty International Research Collaboration Award R03 TW00717-01 (1996-1998).

– Agencia Nacional de Promoción de Ciencia y Tecnología, FONCYT. Proyecto 00512 (1998-1999).

– CONICET. Proyecto PIP Nº 0943/98 (1998-2000).

– Subsidio de la Fundación Antorchas para grupos consolidados en biología molecular (2000)

– Agencia Nacional de Promoción de Ciencia y Tecnología, FONCYT. Proyecto 005013 (2000-2002).

– Agencia Nacional de Promoción de Ciencia y Tecnología, FONCYT. Proyecto 01-13262 (2004-2006).

– Agencia Nacional de Promoción de Ciencia y Tecnología, FONCYT. Proyecto (2008-2010).

– Unión Europea. Redes de Excelencia. European Alternative Splicing Network (EURASNET) (2006-2010).

– Agencia Nacional de Promoción de Ciencia y Tecnología, FONCYT. Proyecto Bicentenario tipo V (2011-2015).

– Agencia Nacional de Promoción de Ciencia y Tecnología, FONCYT. Proyecto (2012-2014).

– Agencia Nacional de Promoción de Ciencia y Tecnología, FONCYT. Proyecto tipo V (2016-2020).

– CureSMA-FAME (2017-2019 y 2019-2021)

En los medios

Para ver una enumeración completa de artículos de divulgación, reportajes y apariciones en los medios tanto del grupo de investigación como de Alberto Kornblihtt individualmente, visitar

http://ark.fbmc.fcen.uba.ar/medios.php

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Integrantes del grupo

Dra. Luciana Giono

Investigadora Adj. CONICET

Dr. Ezequiel Nazer

Becario postdoctoral CONICET

Dra. Valeria Buggiano

Presonal de apoyo CONICET

Dra. Micaela Godoy Herz

Becaria postdoctoral CONICET

Dr. Nicolás Nieto Moreno

Becario postdoctoral CONICET

Luciano Marasco

Becario doctoral CONICET

Guillermina Kubaczka

Becaria doctoral CONICET

José Stigliano

Becario doctoral CONICET

Miembros Anteriores

Investigadores Post-Doctorales

Celina Lafaille 2007 / 2015

Dr. Gwendal Dujardin 2011 / 2013

Dr. Ezequiel Petrillo 2011 / 2012

Dr. Ignacio Schor 2010 / 2012

Dr. Mariano Alló 2010 / 2012

Dr. Manuel Muñoz 2009 / 2011

Dr. Juan Pablo Fededa 2008 / 2009

Dr. Manuel de la Mata 2007 / 2008

Dra. Anabella Srebrow 1996 / 2004

Dra. Marisa Galbis 2000 / 2001

Estudiantes de Doctorado

Nicolás Nieto Moreno 2014 / 2019
Postdoc, IFIBYNE, Argentina

 

Micaela Godoy Herz 2012 / 2017
Postdoc, IFIBYNE, Argentina

 

Luciana Gómez Acuña 2011 / 2017
Postdoc, Universidad de Edimburgo, Reino Unido

 

Ana Fiszbein 2011 / 2016
Post-doctorado en MIT, EEUU

 

Celina Lafaille 2007 / 2013

 

Ezequiel Petrillo 2005 / 2011
Investigador Adjunto CONICET, IFIBYNE, Argentina

 

Ignacio Schor 2005 / 2009
Investigador Asistente CONICET, IFIBYNE, Argentina

 

Mariano Alló 2005 / 2009

 

Manuel Muñoz 2004 / 2009
Investigador Adjunto CONICET, IFIBYNE, Argentina

 

Juan Pablo Fededa 2001 / 2007
Investigador Adjunto CONICET, UNSAM Argentina

 

Manuel de la Mata 2001 / 2006
Investigador Adjunto CONICET, IFIBYNE Argentina

 

Guadalupe Nogués 1999 / 2004

 

Sebastián Kadener 1997 / 2002
Profesor Asociado. Universidad de Brandeis, EEUU

 

Gustavo J. Melen 1996 / 2001
Investigador, Hospital Niño Jesús, Madrid, España

 

Paula Cramer 1995 / 2001
Investigadora Adjunta CONICET

 

Claudio R. Alonso 1992 / 1998
Profesor Asociado, Sussex University, Inglaterra

 

C. Gustavo Pesce 1992 / 1997
Jefe Científico Next Interactions

 

Andrés Muro 1988 / 1992
Investigador, International Centre for Genetic Engineering and Biotechnology, Trieste, Italia

 

Viviana A. Bernath 1986 / 1991
Gerente, GENDA, S.A., Buenos Aires, Argentina

 

Alejandro Gutman 1985 / 1989

Estudiantes de Licenciatura

Soledad Pérez Santangelo 2006 / 2008

 

Demián Cazalla 1997 / 2000
Investigador Principal, Univerisidad de Utah, EEUU

 

Gustavo J. Melen 1995 / 1996

 

C. Gustavo Pesce 1992 / 1992

 

Claudio R. Alonso 1992 / 1992

 

Anabella Srebrow 1990 / 1992

 

Viviana A. Bernath 1985 / 1986

 

Nicolás Rascovan

Pasantias

José Stigliano 2017 / 2017

 

Dr. Montserrat Corominas 2013 / 2013
Profesora Universidad de Barcelona, España

 

Dr. Genis Parra 2010 / 2010
Univeridad de California, Davis, EEUU

 

Dr. Roberto Munita 2010 / 2010
Universidad Católica, Chile

 

Kathy Coil 2009 / 2009
Harvard University, EEUU

 

Rachel Greenblatt 2005 / 2005
Harvard University, EEUU

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