Phylogenomic analysis and genomic structure of human RCAN genes : Effect on RCAN overexpression on lymphocyte development and function

Abstract

The protein phosphatase calcineurin (Cn), together with its substrates, the transcription factors NFATc, play an essential role in several physiological processes of vertebrates, such as the immune response, angiogenesis, morphogenesis of the heart valves and neural and muscle development. Concretely in the immune system, the Cn-NFATc signaling pathway is crucial in the generation of T cell repertory in the thymus and in several processes of mature T lymphocytes, as T cell activation and survival. The members of the Regulators of Calcineurin (RCAN) family interact with Cn and compete with NFATc transcription factors for binding to Cn. RCANs can act either promoting or suppressing Cn activity towards its substrates. Due to their capacity to negatively modulate Cn- NFATc signaling, RCAN proteins are considered as potential immunosuppressant proteins. The aim of the present work was to deepen in the physiological processes that regulate the expression of RCAN and to evaluate the effect of their overexpression in the immune system. To this end, we have analyzed the evolution of RCAN genes and the genomic structure of the three human members of the RCAN gene family and, more specifically, the regulation of RCAN3 gene expression. Furthermore, we have evaluated the expression pattern of the different mouse Rcan genes in lymphoid tissues, and we have analyzed the in vivo relevance of RCAN1 and RCAN3 overexpression in T cell development and function. In this context, RCAN1 and RCAN3 overexpression enhances positive selection of thymocytes. Moreover, RCAN1 overexpression increases the generation of nTregs in thymus and seem to influence the effector/memory T cells proportion in homeostasis. Furthermore, RCAN proteins appear to modulate other TCR signaling pathways different than Cn-NFATc. Therefore, RCAN proteins are important players of in vivo T cell development, differentiation and activation.

La fosfatasa calcineurina (Cn), junto con sus substratos, los factores de transcripción NFATc, juega un papel esencial en varios procesos fisiológicos de vertebrados, como la respuesta inmune, la angiogénesis, la morfogénesis de las válvulas cardíacas o el desarrollo neuronal y muscular. Concretamente en el sistema inmune, la vía de señalización celular Cn-NFATc es crucial en la generación del repertorio de células T en el timo y en varios procesos de la función de los linfocitos T maduros, como la activación y la supervivencia de las células T. Los miembros de la familia de Reguladores de Calcineurina (RCAN) interaccionan con Cn y compiten con los factores de transcripción NFATc por su unión a Cn. Las RCAN pueden actuar promoviendo o inhibiendo la vía de Cn sobre sus sustratos. Debido a esta capacidad de regular negativamente la vía de señalización Cn- NFATc, las proteínas RCAN son consideradas como proteínas potencialmente inmunosupresoras. El objetivo del presente trabajo ha sido profundizar en los procesos fisiológicos que regulan la expresión de los genes RCAN y evaluar el efecto de su sobrexpresión en el sistema inmune. Con este fin, hemos analizado la evolución de los genes RCAN y la estructura genómica de los tres miembros RCAN en humanos y, más específicamente, la regulación de la expresión génica de RCAN3. Asimismo, hemos examinado el patrón de expresión de los diferentes genes Rcan de ratón en tejidos linfoides y hemos analizado la relevancia in vivo de la sobrexpresión de RCAN1 y RCAN3 en el desarrollo y la función de las células T. En este contexto, la sobrexpresión de RCAN1 y de RCAN3 induce la selección positiva de timocitos. Además, la sobrexpresión de RCAN1 aumenta la generación de células nTregs en timo y parece influir en la proporción de células T efectoras/memoria en homeostasis. Asimismo, las proteínas RCAN parecen modular otras vías de señalización dependientes del TCR diferentes a la vía Cn- NFATc. Por tanto, las proteínas RCAN son agentes importantes en el desarrollo, la diferenciación y la activación de células T.