# name
Impact of polyglutamine tract expansion and conformation on androgen receptor self-assembly

# metadata.dc.contributor.other[].value
Universitat de Barcelona. Facultat de Química

# metadata.dc.description.abstract[].value
[eng] The assembly of intrinsically disordered proteins (IDPs) into biomolecular condensates (BCs) has emerged as an important model for understanding their activities. While these assemblies are essential for spatial organization and functional output, their material properties are highly sensitive – even subtle changes can trigger a transition toward pathological protein aggregation. This thesis investigates how polyglutamine (polyQ) tract expansion and conformation in the androgen receptor (AR) affect the balance between functional self-assembly and pathological protein aggregation. Our results contribute to a mechanistic model for how polyQ expansion in AR drives the neuromuscular disease spinal bulbar muscular atrophy (SBMA).
By characterizing self-assembly as the central biophysical process underlying AR activity, we show that the mutation decreases the rate of AR translocation and drives the formation of insoluble protein inclusions. These findings link defects in AR self-assembly to both loss-of-function and gain-of-function effects in the disease. We reveal that while condensation accelerates aggregation, the two processes are driven by separable molecular interactions.
By utilizing rationally designed mutations in recombinant systems and in cells, we show that the sequence-encoded conformational bias of the polyQ tract dictates the mode of self-association. We provide evidence that polyQ helicity is a critical determinant of condensate material properties and functional output. While a helical tract is associated with dynamic and functional AR condensates, helix-breaking mutations promote the transition to dynamically arrested, pathological states. In the context of expanded polyQ tracts, helix stabilization temporarily protects from aggregation by kinetically stabilizing the dynamic state. We propose that this biophysical mechanism may also drive AR overactivity in cancer. Within the non-pathological range of polyQ lengths, mutations that enhance helical propensity can increase the dynamic character of AR condensates and amplify their functional output.

Collectively, our results link sequence-encoded conformational bias, condensate material properties, and functional output, representing an advance in our understanding of how disease-causing mutations alter IDP self-assembly.

# metadata.dc.description.abstract[].value
[cat] L'assemblatge de les proteïnes intrínsecament desordenades (IDPs) en condensats biomoleculars (BCs) ha emergit com un model per comprendre la seva funció cel·lular. Aquests condensats exerceixen activitats essencials en una gran varietat de processos biològics, incloent-hi la resposta a l’estrès i la regulació de la transcripció gènica. Tanmateix, tot i que aquestes assemblees són crucials per a l'organització espacial i l'activitat funcional de la cèl·lula, les seves propietats materials són altament sensibles a les variacions en la seqüència aminoacídica. Fins i tot canvis subtils poden desencadenar una transició des d’un estat líquid funcional cap a l'agregació proteica patològica, un fenomen vinculat a nombrosos trastorns neurodegeneratius. Aquesta tesi investiga com l'expansió i la conformació del tracte de poliglutamina (poliQ) en el receptor androgènic (AR) afecten l'equilibri entre l'autoassemblatge funcional i l'agregació patològica. Els nostres resultats contribueixen a la creació d'un model que pot explicar com l'expansió de la poliQ en l'AR desencadena l'atròfia muscular espinal i bulbar (SBMA), una malaltia neuromuscular minoritària. En caracteritzar l'autoassemblatge com el procés biofísic central de l'activitat de l'AR, mostrem que la mutació patogènica disminueix la velocitat de translocació nuclear del receptor i n'afavoreix la formació d'inclusions proteiques insolubles. En línies cel·lulars de motoneurones (MN-1), observem que l'agregació es produeix dins de condensats que són inicialment dinàmics de manera dependent del temps. L’estat final d'aquestes estructures presenta un bloqueig dinàmic i un augment del grau d'estructura interna. Aquestes troballes vinculen els defectes en l'autoassemblatge de l'AR tant amb efectes de pèrdua de funció com de guany de funció en la malaltia. Mitjançant l'ús del domini d'activació (AD) purificat —la regió que dirigeix la condensació i que conté el tracte de poliQ— revelem que, si bé la condensació accelera l'agregació, ambdós processos estan impulsats per interaccions moleculars separables. Mitjançant l'ús de mutacions dissenyades racionalment en sistemes recombinants i en cèl·lules, palesem que el biaix conformacional de la poliQ, codificat en la seva seqüència, dicta el mode d'autoassociació de la proteïna. En aquest treball, interrompem l'helicitat de la poliQ eliminant la regió flanquejant N-terminal (L4), necessària per a la inducció de l'hèlix alfa. Paral·lelament, per augmentar l'helicitat, introduïm una mutació puntual de glutamina a leucina (QtoL) dins del tracte. Caracteritzem l'impacte estructural d'aquestes modificacions mitjançant l'espectroscòpia de RMN i les introduïm tant en el domini d'activació purificat com en la proteïna completa en cèl·lules. Mitjançant aquest doble enfocament experimental in vitro i in cellulo, aportem evidències que l'helicitat de la poliQ és un determinant crític de les propietats materials del condensat i de la seva capacitat funcional. Mentre que un tracte helicoidal s'associa amb condensats d'AR dinàmics i funcionals, les mutacions que trenquen l'hèlix promouen la transició cap a estats patològics i dinàmicament arrestats. En el context dels tractes de poliQ expandits, l'estabilització de l'hèlix protegeix temporalment contra l'agregació mitjançant l'estabilització cinètica de l'estat dinàmic. Finalment, proposem que aquest principi biofísic s'estén a l'oncogènesi: les mutacions que augmenten l'helicitat de la poliQ poden incrementar el caràcter dinàmic dels condensats de l'AR i amplificar-ne l'activitat transcripcional. Col·lectivament, els nostres resultats vinculen el biaix conformacional codificat per seqüència, les propietats del material condensat i el rendiment funcional, cosa que representa un avenç en la nostra comprensió de com les mutacions causants de malalties alteren l'autoacoblament de les IDP.

# metadata.dc.title[].value
Impact of polyglutamine tract expansion and conformation on androgen receptor self-assembly