Sparc (Osteonectin): new insight into the function and regulation = Sparc (Osteonectin): nuevos conocimientos sobre sus funciones y regulación

Abstract

The Extracellular Matrix (ECM) is a complex network secreted by cells that serves as a structural element in tissues and also influences their development and physiology. More specifically, the extracellular matrix helps cells to bind together and regulates several cellular functions such as adhesion, migration, proliferation and differentiation. It is composed of growth factors, proteoglycans, structural proteins and matricellular proteins. Osteonectin, also named Sparc (Secreted Protein Acidic and Rich in Cysteine) or BM-40 (Membrane Protein-40), is a multifunctional glycoprotein that belongs to the matricellular protein family. This group modulates matrix-cellular interactions and takes part in several cell functions, rather than playing a role in the cell structure. Sparc is known to have high affinity with calcium ions and was first discovered as the major component of ECM in mineral tissues, although it has since been located in many other tissues. Sparc expression is high during early development but remains low in adult life. However, it is expressed in tissues under renewal, tissue repair or tumorigenesis. Since Sparc is able to interact with multiple molecules, many important functions have been attributed to this protein, including counteradhesion, the regulation of cell proliferation and angiogenic activity.

Analysis of the results obtained during this PhD Thesis leads to the following conclusions:

• Sparc is as an important regulator of embryonic haematopoiesis during early development in zebrafish. Specifically, it mediates erythroid progenitor cell development regulating gata1 and βe3globin expression. • Similar defects in blood phenotypes of sparc and fgfs knockdowns and the capacity to partially rescue the fgf21 blood phenotype places sparc downstream of fgf21 signaling genetic network. • UV exposure induces an increase in the p53 and sparc expression • According with the conclusion 3, a possible molecular mechanism induced by sparc after UV-radiation is suggested to be the responsible in part of the increment in developmental abnormalities. • 5’UTR-intron is key transcriptional regulatory region of sparc gene since gene-construct containing simply this region predominantly displayed GFP expression in notochord, intermediate cell mass, otic vesicle, olfactory epithelium and muscle fibers in injected zebrafish embryos. • sparc is transcriptionally regulated by DNA methylation through the CpG island detected immediately upstream the 5’ translation start site which is located within the intron sequence. • Turbot Sparc protein keeps the same protein structure exhibited by all vertebrate Sparc proteins. The predicted turbot Sparc protein sequence shares high similarity to the Sparc proteins of other vertebrates. Phylogenetic analysis also indicated that turbot Sparc clusters together with its vertebrate orthologs. Additionally, we found that the expression pattern of Turbot sparc is comparable to other teleost species. Therefore, these results suggest a strong evolutionary pressure to conserve this protein and indicate that there should be an evident conservation of function. • sparc mRNA expression showed a dynamic stage-specific expression during post-embryonic turbot development with high levels at metamorphic climax, indicating that it might be necessary for turbot metamorphosis.

Osteonectina, también llamada Sparc o BM-40, es una glicoproteína multifuncional que pertenece a la familia de las proteínas matricelulares de la matriz extracelular. Este grupo modula las interacciones entre la matriz y las células e interviene en múltiples funciones más que jugar un papel en la estructura celular. Se sabe que Sparc tiene una alta afinidad por los iones calcio y fue descubierta por primera vez como el componente mayoritario de la matriz extracelular de tejidos mineralizados. Más tarde, se localizó Sparc en muchos otros tejidos. La expresión de Sparc es alta durante el desarrollo temprano y disminuye durante la edad adulta. Sin embargo, su expresión aumenta en tejidos que requieren cierto grado de renovación, reparación o en tumorigénesis. Debido a que Sparc es capaz de interactuar con múltiples moléculas, se le han atribuido importantes funciones como antiadhesión, regulación del ciclo celular y actividad angiogénica. Debido al poco conocimiento respecto a la regulación de Sparc y los papeles contradictorios en diferentes tejidos, el objetivo principal de esta tesis es contribuir a un mayor entendimiento de este gen en peces teleósteos. En esta tesis demostramos: 1. Sparc es un regulador importante en hematopoyesis embriogénica durante el desarrollo temprano del pez cebra. 2. Localizamos sparc corriente abajo de fgf21 en esta cascada de regulación. 3. La radiación ultravioleta es capaz de inducir un incremento en la expresión de p53 y Sparc. 4. Dado que sparc está altamente expresada en embriones expuestos a radiación ultravioleta, este gen puede estar implicado en el incremento de malformaciones durante el desarrollo. Así, se sugiere que posiblemente sparc sea capa de inducir un mecanismo molecular en respuesta a la exposición de UV. 5. El intrón localizado entre las dos regiones 5’UTR es clave para regulación transcripcional de sparc ya que el vector conteniendo únicamente esta secuencia asociada a GFP es capaz de expresar fluorescencia en notocorda, ICM, vesícula ótica, bulbo olfatorio y fibras musculares, lugares donde se sabe que sparc está presente tanto en pez cebra como en otras especies de teleósteos. 6. Sparc está regulada a nivel de la transcripción por metilación del ADN. Concretamente, la isla CpG detectada en el intrón es susceptible a procesos de metilación. 7. Tanto la secuencia aminoacídica de Sparc como los lugares de expresión en larvas de rodaballo (Scophthalmus maximus) están altamente conservados cuando se comparan con las secuencias existentes en otras especies. 8. Sparc tiene un papel durante la metamorfosis de rodaballo por su alta expresión en etapas premetamórficas.