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Regulation of transposable elements via histone modifications

Reinhard Brunmeir

Art der Arbeit

Dissertation

Universität

Universität Wien

Fakultät

Fakultät für Lebenswissenschaften

Betreuer*innen

Christian Seiser ,

Manuela Baccarini

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DOI

10.25365/thesis.1699

URN

urn:nbn:at:at-ubw:1-29262.96923.148054-7

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Abstracts

Abstract

(Deutsch)

Das Mausgenom besteht ungefähr zu 40% aus repetitiven Elementen (vor allem Transposons), die stillgelegt werden müssen, um die Integrität des Genoms aufrechterhalten zu können. Das wird durch verschiedene Mechanismen gewährleistet, wie zum Beispiel RNA Interferenz, Methylierung der DNA und Modulation der Chromatinstruktur. Die Fragestellung dieser Arbeit war, aufzuklären, inwieweit die Struktur des Chromatins an diesem Prozess beteiligt ist; im Detail sollte untersucht werden, welche Rolle die Azetylierung von Histonen bei der transkriptionellen Kontrolle von Transposons spielt. Histonazetylierung ist normalerweise mit transkriptionell aktivem Chromatin assoziiert und wird durch zwei antagonistisch wirkender Enzymklassen reguliert: Histonazetyltransferasen, die Azetylreste an die Histone anfügen, und Histondeazetylasen (HDAC), die sie wieder wegnehmen. Im Rahmen dieser Arbeit verwendeten wir HDAC-Hemmer bzw. Zellen ohne funktionelles Gen für das Enzym Histondeazetylase 1, um Histonazetylierungsmuster in der Zelle zu verändern. Anschließend wurden die transkriptionelle Aktivität von Transposons, Histonmodifikationsmuster auf Gesamthistonextrakten und Transposon-assoziiertem Chromatin überprüft. Dabei stellten wir eine erhöhte Histonazetylierung von transkriptionell aktivierten Transposons fest. Interessanterweise konnten wir mit dem LTR Retrotransposon VL30 (Virus-like 30S element) ein Transposon identifizieren, das nach Hemmung von Histondeazetylasen ein starke Expression aufwies. Eine Analyse von VL30 Transkripten ergab, dass sich für die erhöhte Transkription eine spezifische Untergruppe der VL30 Elemente verantwortlich zeigte, die durch spezielle Merkmale in der regulatorischen Region gekennzeichnet war. Weiters wurde die transkriptionelle Aktivierung mithilfe von Stimuli (wie Serum oder Anisomycin), die zu einer Aktivierung von MAK Kinasen und zur Phosphorylierung von Histonen führen können, noch verstärkt. Tatsächlich konnten wir nach kombinatorischer Behandlung doppelt modifizierte (azetylierte und phosphorylierte) Histone Proteine am LTR von VL30 Elementen detektieren. Es wird ein Modell vorgeschlagen, wonach bestimmte Histonmodifikationen kooperieren, um ein volle transkriptionelle Aktivierung von VL30 Retrotransposons zu erreichen.

Abstract

(Englisch)

A large portion of the mouse genome (~40%) consists of repetitive elements which have to be silenced in order to maintain the integrity of the genome. This task is accomplished by different mechanisms, including RNA interference, DNA methylation and the modulation of chromatin structure. The aim of this work was to gain insight in how far the modulation of chromatin structure contributes to this process; in detail we wanted to clarify the role of histone acetylation in transcriptional control of transposable elements. Acetylation of histones is a post translational modification usually associated with open chromatin and transcriptionally active genes. It is regulated via the action of two antagonising enzyme families: histone acetyltransferases, which add acetyl-moieties to histone proteins and histone deacetylases (HDACs) which remove them. In the course of this work we took advantage of chemical inhibitors of HDACs and a cell system where a major histone deacetylase, HDAC1, was inactivated, to change histone acetylation patterns in the cell. Subsequently we analysed transcriptional activity of transposable elements, global histone modification patterns as well as histone acetylation of transposon-associated chromatin. We could detect increased histone acetylation levels of transcriptionally active transposable elements. Most interestingly we identified the LTR retrotransposon VL30 (Virus-like 30S element) to be highly inducible upon HDAC inhibition. Further analysis of VL30 transcripts revealed, that a distinct subgroup of VL30 elements, associated with a characteristic regulatory region, is mainly responsible for increased transcription. Moreover transcriptional activation was further increased by stimuli (such as serum and anisomycin) which lead to the activation of MAK kinase pathways and can cause phosphorylation of histones. Indeed we could detect double-modified (acetylated and phosphorylated) histone proteins at the LTR of VL30 elements upon combinatorial treatment with HDAC inhibitors and MAK kinase activators. A model is proposed, where two histone modifications cooperate to gain full transcriptional activity of VL30 retrotransposons.

Autor*innen

Reinhard Brunmeir

Haupttitel (Englisch)

Regulation of transposable elements via histone modifications

Paralleltitel (Deutsch)

Regulation von Transposablen Elementen durch Histonmodifikationen

Publikationsjahr

2008

Umfangsangabe

110 S. : graph. Darst.

Sprache

Englisch

Beurteiler*innen

Christine Leib-Mösch ,

Christian Schöfer

Klassifikationen

42 Biologie > 42.13 Molekularbiologie ,

42 Biologie > 42.20 Genetik

AC Nummer

AC05038476

Utheses ID

1377

Studienkennzahl

UA | 091 | 441 | |

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