secciÓ de genÈtica biomÈdica, evolutiva i del … · de nature (2000), com una de les 10...

1 Secció de Genètica

SECCIÓ de GENÈTICA BIOMÈDICA,

EVOLUTIVA i del DESENVOLUPAMENT


PRESENTACIÓ DE LA SECCIÓ

La Secció de Genètica Biomèdica, Evolutiva i del Desenvolupament (antic Departament de Genètica fins el 2016) de lʼactual Departament de Genètica, Microbiologia i Estadística és una de les Seccions més actives en recerca de la Universitat de Barcelona (UB) i una de les que acredita més qualitat docent. Actualment la componen 28 professors que, juntament amb investigadors postdoctorals, investigadors contractats, doctorands, estudiants de grau i de màster, personal tècnic i personal dʼadministració i serveis, conformen un grup de més de 130 persones. El Departament de Genètica de la UB es va crear el 1963, quan el Dr. Antoni Prevosti, aleshores investigador científic del CSIC, guanyà la càtedra de genètica per oposició. Tant lʼassignatura com la càtedra de Genètica foren les primeres en una universitat de lʼEstat espanyol. La recerca inicial del Departament va ser pionera en lʼestudi de la variabilitat en poblacions naturals emprant Drosophila com a organisme model.

Actualment, la recerca sʼha estès enormement, i fent servir eines moleculars i aproximacions genòmiques de darrera generació, les línies dʼinvestigació dels diferents grups de la secció adrecen molts dels reptes científics que tindran un major impacte en la Societat del segle XXI: la Biotecnologia, el Desenvolupament i la Regeneració, lʼEVO-DEVO i els nous Models Animals, la Genètica i Genòmica Evolutiva, i la Genètica Molecular Humana. La tasca docent inclou assignatures impartides als graus de Biologia, Ciències Biomèdiques, Bioquímica, Biotecnologia i Ciències Ambientals, i la participació en diversos Màsters, com els de Genètica i Genòmica, Biomedicina, Biodiversitat, Biotecnologia Molecular i Neurociències. El Departament també és responsable del programa de doctorat en genètica, al qual se li ha atorgat la màxima menció de qualitat per part del Ministeri dʼEducació.


BIOTECNOLOGIA

L’àrea de Biotecnologia del Departament de Genè-tica engloba dos grups de recerca que tenen per objectiu estudiar a nivell genètico- molecular (des de la Genòmica a la Proteòmica) els mecanismes mitjançant els quals els organismes responen i/o es defensen davant diverses situacions d’estrès, ja siguin biològic -infeccions per agents patògens-, com inorgànic - manca o excés d’ions metàl·lics. El coneixement d’aquests processos s’aplica posteriorment a estratègies biotecnològiques per a modular, millorar i optimitzar la resposta dels organismes en l’homeòstasi de metalls o les malalties de les plantes.

Quins gens de virulència empren els patògens per causar malalties en animals i plantes? Quin pa-per tenen les resistències a metalls pesants en la virulència? Quins gens codifiquen per proteïnes de resistència a metalls? Podem aconseguir conreus resistents a les malalties?


DESENVOLUPAMENT i REGENERACIÓ

La BIOLOGIA DEL DESENVOLUPAMENT estudia com a partir d’una única cèl·lula es forma un organisme multicel·lular amb una sèrie de teixits, òrgans i siste-mes que s’organitzen en el temps i en l’espai per donar un animal complert i amb una morfologia específica. Alguns animals adults tenen la capacitat de REGENERAR alguns d’aquests òrgans i sistemes després de la pèrdua traumàtica dels mateixos.

Actualment la recerca en biologia del desenvolupament i regeneració se centra en les vies de senyalització, la mort cel·lular, l’organogènesi, l’epigenètica i les cèl·lu-les mare. Avui dia es sap que diverses vies de senya-lització conservades filogenèticament juguen funcions semblants en el desenvolupament, regeneració i la

Com es forma el patró durant el desenvolupament o la regeneració? Com es controla la plasticitatcel.lular: genoma versus epigenoma?

patogènesi del càncer en diversos models. El nostre interès rau en estudiar la funció d’aquestes vies en el desenvolupament i regeneració de dos models clàssics: les planàries i Drosophila. Els nostres estudis comprenen des de la formació del patró durant el desenvolupament i la regeneració, fins a l’estudi detallat de l’establiment de les connexions neuronals, passant pels mecanismes de control de la proliferació i diferenciació cel·lular.

La recerca en BIOLOGIA DEL DESENVOLUPAMENT i REGENERACIÓ, a dia d’avui, és multidisciplinària. Utilitza tant les noves tecnologies genòmiques, les anàlisis computacionals, i eines genètiques, com la microscòpia més avançada.


EVO-DEVO i els NOUS MODELS

ANIMALS

L’EVO-DEVO va ser reconeguda al MILLENIUM issue de Nature (2000), com una de les 10 disciplines científi-ques amb més impacte futur per a la societat del Segle XXI. L’EVO-DEVO estudia els canvis genètics, molecu-lars, cel·lulars i morfogenètics produïts durant el desen-volupament embrionari responsables de l’extraordinàriabiodiversitat que s’ha generat al llarg dels prop de 1.000milions d’anys d’evolució animal i vegetal.

L’EVO-DEVO tal i com avui la coneixem, neix de la intersecció entre la Genètica i Biologia Molecular del Desenvolupament, l’Evolució Molecular, i la Genòmica Comparada, i es nodreix de les noves tecnologies

Què tenim de semblant i què de diferent amb un ratolí, un peix o un cuc? Com els canvis genètics en el desenvolupament generen innovacions evolutives i creen biodiversitat?

“òmiques” (genòmica, transcriptòmica, proteòmica, epigenòmica) i de les tècniques moleculars d’enginyeria genètica, transgènesi i silenciament de l’expressió gènica.

L’EVO-DEVO, actualment, s’adreça a l’estudi compa-rat del desenvolupament emprant nous models animals triats ad hoc per ocupar posicions filogenètiques claus per il·luminar els canvis dels mecanismes genètics respon-sables de les grans innovacions morfològiques i funcio-nals que han afavorit les grans transicions en l’Evolució dels éssers vius en el nostre planeta.


GENÈTICA i GENÒMICA EVOLUTIVA

La genètica evolutiva estudia la base genètica i els mecanismes que determinen l’adaptació, els patrons d’evolució i la biodiversitat. Amb aquest objectiu general, al Departament de Genètica realitzem recerca dins les àrees de la genètica i genòmica de poblacions, filoge-ografia, filogenètica i genòmica comparada. Aquests estudis es realitzen en un ampli ventall de grups taxo-nòmics incloent tant espècies model com espècies no model. Per la recerca fem servir aproximacions experi-mentals basades en metodologies clàssiques de biologia molecular i en les noves tecnologies “òmiques” (trans-criptòmica i genòmica), i bioinformàtiques, incloent el desenvolupament d’eines computacionals i software.

La nostra recerca busca generar coneixement sobre qües-tions fonamentals en genètica evolutiva. En particular fem

recerca per determinar, a) la importància dels canvis genètics en regions codificadores i reguladores en l’evo-lució adaptativa; b) l’origen molecular de les inversions cromosòmiques, i el paper d’aquestes en l’especiació i l’adaptació; c) el paper de les famílies multigèniques i xarxes gèniques en l’origen de novetats evolutives; i d) els processos que expliquen l’estructura genèticapoblacional i que determinen la història evolutiva de lesespècies. Tots aquests estudis pretenen assolir una visióintegradora sobre l’evolució de les poblacions naturalsi de les espècies, l’adaptació, l’adquisició de novetatsevolutives i l’origen i manteniment de la biodiversitat.

Quina és la base genètica i genòmica de l’adaptació i de les novetats evolutives? De quina manera els can-vis genètics han contribuït a la diversitat de la vida? Quin són els principals processos evolutius que han modelat els canvis genètics?


GENÈTICA MOLECULAR HUMANA

Aquests són les preguntes científiques que ens fem al grup de Genètica Molecular Humana del Dept. de Genètica, format per un grup nombrós d’investigadors que portem anys treballant per esbrinar les bases genètiques i moleculars de malalties monogèniques, des de les malalties lisosòmiques (Gaucher, Sanfilippo tipus B i C o Niemann-Pick tipus A/B i C ) fins a les pato-logies hereditàries de la visió degudes a la degeneració de la retina; i de les malalties complexes, més prevalents, com ara l’osteoporosi i trastorns neurològics (migranya, atàxia episòdica, deficiències de la neurotransmissió) i comportamentals (addiccions a drogues, TDAH, autisme i conductes agressives).

Ens proposem respondre quins gens causen aquestes patologies, quins processos es veuen alterats quan

aquests gens presenten mutacions, com podem diagnos-ticar genèticament els portadors en famílies, si podem abordar alguna teràpia gènica o cel·lular per pal·liar-ne els efectes o, fins i tot, si algun dia podríem arribar a curar els pacients. Per assolir aquests objectius, emprem un ventall de tècniques novedoses i molt precises de diagnòstic genètic (seqüenciació d’exomes, construc-ció de xips de diagnòstic genètic i cerca de nous gens candidats), i definim noves dianes terapèutiques mitjançant estudis bioquímics, genètics i cel·lulars que combinen la construcció de models animals (ratolí, peix zebra) i cel·lulars (cèl·lules transfectades, cultius primaris, cèl·lules iPS).

Quines són les bases genètiques de les malalties hereditàries? Com podem abordar la cerca de nous gens causants de malalties lisosòmiques, la ceguesa, l’oste-oporosi o la migranya? Com podem aprofundir en les causes moleculars de les patologies genètiques? Podem millorar-ne el diagnòstic i dissenyar teràpies efectives per aquestes malalties?

PROJECTES de RECERCA dins del PROGRAMA “ESTIUS DE RECERCA

a GENÈTICA” Genètica Molecular EVO-DEVO i Nous

Models AnimalsDesenvolupament i

Reg enera

ció

Teresa AdellMontserrat Corominas

Sofia J. AraújoFrancesc Cebrià

Emili Saló

HumanaSusanna BalcellsRoser CorominasGemma MarfanyRaquel Rabionet

Bru Cormand i Noèlia Fernàndez

Ricard AlbalatCristian Cañestro

Jordi Garcia

Genètica i Genòmica Evolutiva

Julio Rozas i Alejandro Sánchez-Gracia Marta Riutort


ResponsableTeresa Adell ([email protected])

DESENVOLUPAMENT i REGENERACIÓ Control del creixement

El control del creixement és fonamental en el desenvolupament embrionari i adult, i el seu desequilibri condueix a malalties com el càncer. Com saben les cèl·lules quan han de dividir-se o morir durant el desenvolupament normal? Per abordar aquestes qüestions utilitzem les planàries, cucs plans ben coneguts per la seva extraordinària capacitat per a regenerar i canviar de mida contínuament. Aquesta capacitat es deu a l’existència de cèl·lules mare totipotents adultes, jun-tament amb l’activació contínua dels senyals de comunicació intercel·lular. En el nostre grup hem trobat que la via de Hippo, responsable del control de creixe-ment a Drosophila i vertebrats, és essencial per a restringir la plasticitat cel·lular i la progressió tumoral a les planàries. Actualment estem estudiant els gens diana de Hippo responsables d’aquesta funció a parir d’un enfocament transcriptòmic.

1

Desenvolupament, Càncer i Regeneració: què tenen en comú?

2

ResponsableMontserrat Corominas ([email protected])

Els gens requerits durant el desenvolupament embrionari també tenen un paper fonamental en la regeneració i el càncer de teixit adults. El terme regeneració implica una restauració ben coordinada de cèl·lules, teixits i òrgans que s'han perdut físicament o funcionalment, mentre que el càncer consisteix, bàsicament, en un creixement i proliferació descontrolats. Una de les qüestions més importants en la biologia regenerativa és desxifrar com i quan els gens canvien els seus patrons d'expressió per tal d'activar programes específics de regeneració. L'objectiu final del nostre grup de recerca és entendre com es regula l.expressió gènica durant la regeneració mitjançant l.estudi dels discs imaginals de Drosophila o el fetge de ra-tolí com a sistemes model. En aquest projecte proposem estudiar un conjunt bàsic de factors de transcripció que controlen la regeneració en els metazous. Els mate-ixos factors de transcripció són essencials pel desenvolupament i es troben desre-gulats en diferents càncers.Per més informació: http://www.ub.edu/developmentalbiology/web/


ResponsableFrancesc Cebrià ([email protected])

3

Estàs interessat en l'epigenètica, desenvolupament, neurogènesis, cèl·lules mare i la regeneració? En el nostre laboratori estem estudiant el paper d'una família de acetiltransferases de les histones en la regulació del manteniment i diferenciació de les cèl·lules mare de les planàries. Els nostres resultats preliminars mostren que un dels homòlegs de la família CREB-binding protein/p300 és necessari per a la diferencia-ció de les cèl·lules mare de les planàries en diversos tipus cel·lulars, incloent-hi els progenitors neurals. Si vols unir-te a aquest projecte tan excitant, contacta amb no-saltres.

4

DESENVOLUPAMENT i REGENERACIÓMecanismes moleculars de la ramificació

cel.lular

ResponsableSofia J. Araujo ([email protected])

Com pot una cèl·lula trencar la seva simetria i generar una estructura molt ramifi-cada? Durant el desenvolupament embrionari, la ramificació cel·lular construeix les estructures ramificades de diversos òrgans, incloent sistema nerviós, vascular i res-piratòri. La ramificació al nivell d’una sola cèl·lula implica una àmplia remodelació del citoesquelet i creixement dinàmic de la membrana. La comprensió de com les cèl·lules ramifiquen en el moment i el lloc correcte i quins són els mecanismes mo-leculars implicats és essencial per a la modulació d’aquest comportament cel·lular durant el desenvolupament i la regeneració.Utilitzant Drosophila melanogaster, estudiarem diferents fenotips de ramificació cel-lular utilitzant tècniques d’enginyeria genètica, biologia molecular i microscòpia avançada, per tal de desvetllar noves molècules implicades en aquests processos.

Control epigenètic dela regeneració en planàries


Responsable

Emili Saló ([email protected])

DESENVOLUPAMENT i REGENERACIÓDissecció molecular de l’organitzador

posterior de les planàries

Les planaries son conegudes per la seva extraordinària capacitat de regenerar qualsevol part del seu cos. Però com sap un tros de planaria on ha de regenerar una cua o un cap allà on toca? Nombrosos estudis demostren que la regeneració no només depèn de l’existència de cèl·lules mare totipotents sinó també de la conti-nua activació de les vies de senyalització intercel·lular, necessàries per determinar la identitat cel·lular. En el nostre grup hem demostrat que la via Wnt és essencial per determinar el destí posterior versus anterior. Actualment estem desenvolupant estratègies combinades de ‘single cell transcriptomics’, i ‘ATAC-seq’ per tal d’enten-dre a nivell molecular i cel·lular el funcionament de l’Organitzador Posterior de les planaries.

5


Responsable

Responsable

Ricard Albalat ([email protected])

Cristian Cañestro ([email protected])

EVO-DEVO i Nous Models AnimalsRespostes genètiques i alteracions en el desenvolupament embrionari causat per compostos tòxics a organismes marins

7

Manipulació genètica de nous models animals per l’estudi del desenvolupament i

l’evolució del cor

Si t’agraden els camps de la Genètica, la Transgènesi, la Biologia del Desenvolupa-ment, la Genòmica i l’Evolució i t’agradaria investigar amb nous models animals, et proposem unir-te al nostre grup de recerca per estudiar com les pèrdues gèniques han afectat als mecanismes del desenvolupament del cor i quina capacitat de respos-ta tenen els embrions marins al canvi climatic.T'apuntes?Per més informació: https://evodevogenomics-unibarcelona.weebly.com/

6

L’augment en els oceans de contaminants com metalls pesants i altres toxines deri-vades de les activitats humanes o de l.escalfament global pot tenir conseqüències desastroses per a les espècies marines. Si estàs interessat en investigar la maqui-naria genètica (p.e. les metal·lotioneïnes i altres gens del .defensome.) que s'acti-va per respondre a aquests tòxics, i els efectes teratogènics que se'n deriven du-rant l'embriogènes d'animals marins, t'oferim un projecte d'investigació atrevit que combina tècniques d'Enginyeria Genètica i de Proteïnes, Biologia del Desen-volupament, Toxico-farmacologia, Evolució Molecular, i Genòmica Comparada, fent servir animals models no clàssics.


EVO-DEVO i Nous Models Animals

RNA editing i innovació en els vertebrats

8

Responsable:Jordi Garcia-Fernàndez ([email protected])

El projecte es basarà en lʼanàlisi transcriptòmic dʼanimals situats en punts clau del llinatge dels vertebrats, per a identificar events de RNA editing i genes involucrats en el procès de RNAediting. Lʼanàlisi genòmica comparada es completará amb lʼestudi de lʼexpresió de gens i events dʼediting seleccionats tant in silico com durant lʼembriogenesi i en organismes adults.


Responsables

GENÈTICA i GENÒMICA EVOLUTIVAGenòmica evolutiva i computacional

a plantes i animals

Julio Rozas ([email protected])Alejandro Sánchez-Gracia ([email protected])

La percepció de senyals químiques de lʼentorn és un procés fonamental per a la supervivència i la reproducció dels essers vius, i on famílies multigèniques molt dinà-miques juguen funcions molt importants. Nosaltres estem estudiant aquestes famílies com a model per investigar les bases moleculars de lʼadaptació a nivell proteic, així com el paper del recanvi gènic en la determinació del repertori quimiosensitiu dʼespècies vives dʼartròpodes. El nostre grup també investiga la base genètica de les radiacions adaptatives a illes macaronesies, i col.labora amb un nnombre de consorcis internacionals de seqüenciació de genomes per a lʼanàlisi dʼespècies com la fil.loxera o lʼalvocat. Recentment hem començat una nova línia de recerca per analitzar els verins des dʼun punt de vista evolutiu amb la idea dʼidentificar els canvis moleculars que confereixen als verins les seves activitats biològiques tan rellevants, i que podrien suposar un punt de partida per un disseny racional de dro-gues terapèutiques. Treballem amb dades “-òmiques” (proteòmica, transcriptòmica comparativa i poblacional i genòmica), utilitzant eines bioinformàtiques (algunes dʼelles desenvolupades en el nostre grup), i aplicant el marc teòric de la genètica de poblacions i lʼevolució molecular.

9

Responsable

Marta Riutort ([email protected])

Conseqüències genètiques de la reproducció per fissió en una espècie de

planaria d'aigua dolça

Lʼestratègia reproductora dels organismes te un profund efecte en el seu bagatge genètic I en conseqüència en el seu èxit evolutiu. En el nostre cas estudiem un fenomen poc analitzat, la reproducció per fissió a animals. Aquest tipus de reproducció ha de produir individus mosaics genètics. Cal saber però si aquestes mutacions poden passar a la descendència si hi ha retorns a la sexualitat. Per això, genotiparem dʼindividus mosaic capturats de la natura. Al laboratori es faran encreuaments i es comprovarà si a la descendència pot heretar totes les variants presents als parentals en diverses combinacions. Lʼestudiant també participarà en les anàlisis de la diversitat genètica intraindividual que obtindrem mitjançant “single cell sequencing”, amb aquestes dades es faran estimes de lʼexistència o no de selecció purificadora a nivell intraindividual (com si una planària fos en realitat una població de cèl·lules).

10

martamorey

Typewritten Text



En busca del gen (o gens) implicat(s) en la síndrome d’Opitz

11

ResponsableSusanna Balcells ([email protected])

La Síndrome Opitz C (o trigonocefàlia dʼOpitz) és un trastorn genètic rar caracter- itzat per malformacions greus, retard mental i retard psicomotor, amb una alta taxa de mortalitat. La síndrome és molt poc freqüent (sʼhan descrit menys de 60 casos a tot el món) i és genèticament heterogènia. El nostre grup ha identificat el gen responsable en tretze casos i les mutacions es trobaven en 10 gens diferents. El projecte consistirà en participar en lʼanàlisi dels exomes de alguns pacients i en estudiar a fons les bases moleculars responsables de la malaltia en els casos causats per mutacions en els gens TRAF7, MAGEL2 i ASXL1. També sʼhauran de verificar mitjançant seqüenciació pel mètode de Sanger, algunes de les mutacions trobades mitjançant la seqüenciació dʼexomes.

OC9m OC9a OC9p OC9b OC9p OC9a OC9b OC9m

OC9a

OC9b

p.C489F/wt

p.C489F/ p.R2241X p.C489F/ p.R2241X

wt/ p.R2241X

ResponsableRoser Corominas ([email protected])

El nostre grup té com a objectiu estudiar les bases moleculars i genètiques de les malalties del cervell. Estudiem malalties comunes i rares utilitzant una combinació de mètodes experimentals i computacionals. Actualment estem configurant models cel·lulars utilitzant neurones derivades de cèl·lules mare pluripotents induïdes humanes (iPS). En els nostres experiments utilitzem tècniques bàsiques i específiques de biologia cel·lular i molecular. Les anàlisis dels resultats es realitzen mitjançant eines computacionals. Lʼestudiant realitzarà majoritariament tasques experimental de laboratori però també participarà en altres parts de la investigació. Contribuirà al disseny experimental llegint articles, analitzant els resultats i presentar-los en reunions.

Genètica molecular de malalties humanes del neurodesenvolupament

12


Responsable

Gemma Marfany ([email protected])

Les distròfies retinals (IRDs) són la causa principal de ceguesa hereditària en els adults. Mutacions en més de 300 gens causen IRD, però la funció precisa d’aquests gens en la retina és encara poc coneguda. El nostre grup de recerca aborda l’anàli-si funcional dels gens IRD mitjançant cultius cel·lulars i organotípics de retina de ra-tolí, i generant animals model a partir de knokdown de gens, emprant morfolinos, en embrions de peix zebra, i edició genòmica per CRISPR/Cas en ratolins.


De la mutació en el gen a la malaltia: per què certes mutacions gèniques causen

ceguesa?13

Associació de variants rares per a l’ictus isquèmic

14

Responsable

Raquel Rabionet ([email protected])

L’ictus és la principal causa de mort i incapacitació en el primer món. La recupera- ció després d'un itcus resulta en differencies funcionals en diferents pacients. Vari-ants genètiques en vies de senyalització associades a la recuperació poden afectar la recuperació. En un estudi col.laboratiu hem identificat una variant de baixa fre-qüència del gen PATJ involucrat en el procés de recuperació. A més, hem explorat la contribució d'altres variants exòniques rares que afecten la funció protèica i que podrien afectar la recuperació. En aquest projecte es durà a terme un potent test d'associació de variants en dades resequenciades de 1200 casos d'ictus per validar els resultats anteriors. D'entre aquestes, algunes variants seran validades tes amb el mètode Sanger, i eventualment les més rellevants seran seleccionades per validació funcional.



El paper dels microARNs en malalties psiquiàtriques

15

ResponsablesBru Cormand ([email protected])

Noèlia Fernàndez ([email protected])

Els microARNs són reguladors post-transcripcionals de lʼexpressió gènica molt expressats en el cervell que estan implicats en el desenvolupament de les sinapsis, la plasticitat neuronal, la memòria i lʼaprenentatge. Molts estudis han mostrat la seva contribució a diverses patologies psiquiàtriques com el trastorn per dèficit dʼatenció/hiperactivitat (TDAH), lʼautisme o la dependència de drogues. Ens plantegem lʼobjectiu dʼidentificar variants situades al lloc dʼunió de microARNs que podrien alterar aquest sistema de regulació genètica i contribuir així als trastorns psiquiàtrics descrits anteriorment. Validarem també el seu efecte funcional sobre la unió de microARNs. Per això combinarem lʼanàlisi bioinformàtica de dades (p.ex. anàlisi dʼestudis GWAS disponibles públicament i de bases de dades de predicció de microARNs) i estudis funcionals (p.ex. PCR, clonatges, cultius de cèl·lules eucariotes i estudis amb el sistema del gen reporter luciferasa).

secciÓ de genÈtica biomÈdica, evolutiva i del … · de nature (2000), com una de les 10...

Documents