Detailansicht
The Drosophila eyes absent Polycomb / Trithorax response element fine tunes enhancer
promoter interactions during eye development and contains an optic lobe specific enhancer
Frank Ruge Vollrath
Art der Arbeit
Dissertation
Universität
Universität Wien
Fakultät
Zentrum für Molekulare Biologie
Betreuer*in
Leonie Ringrose
DOI
10.25365/thesis.21677
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-30323.03129.118566-0
Link zu u:search
(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
In Fliegen und Säugetieren wurden zahlreiche Bindestellen für Polycomb und Trithorax Proteine nachgewiesen. Bei vielen dieser Bindestellen handelt es sich möglicherweise um Polycomb / Trithorax Response Elements (PRE /TREs). Diese Elemente sind insbesondere bei Hox Genen charakterisiert worden wo sie dazu dienen den Initialen Transkriptionsstatus – auch in Abwesenheit der initiierenden Transkriptionsfaktoren - aufrecht zu erhalten. Dabei halten Polycomb Proteine den transkriptionell inaktiven Status aufrecht und Trithorax Proteine den aktiven Status. Daher können Hox PRE / TREs als statische Elemente bezeichnet werden. Da über die Hox Gene hinaus viele dynamisch regulierte Gene das ziel von Polycomb und Trithorax Proteinen sind, ist es anzunehmen, dass die entsprechenden PRE / TREs sich fundamental von Hox PRE / TREs unterscheiden.
Der Schwerpunkt dieser Arbeit liegt in der Charakterisierung des PRE / TREs des eyes absent (eya) Gens in Drosophila melanogaster. Als Teil eines genregulatorischen Netzwerkes, ist eya an der Augenentwicklung beteiligt. Die meisten dieser Gene besitzen PRE/ TREs und unterliegen einer dynamischen Regulierung.
In dieser Arbeit zeige ich neue Erkenntnisse über die endogene eya Expression und Funktion des eya PRE / TREs. eya wird als zwei Isoformen, basierend auf zwei alternativen Promotoren, exprimiert. Ich konnte durch doppel in situ Hybridisierungen zeigen, dass sich das Verhältnis der beiden endogenen Isoformen während der Augenentwicklung verändert. Des weiteren konnte ich diesen Wechsel im Verhältnis auch mit einem Reportergen Konstrukt feststellen welches aus eya regulatorischer Sequenz und den Reportern gfp und miniwhite besteht. Auffallender Weise wird das PRE / TRE für die unterschiedliche Regulation benötigt.
Zusätzlich habe ich mich mit der Frage auseinandergesetzt ob PRE / TREs austauschbare Elemente sind. Dazu habe ich die Auswirkungen von unterschiedlichen PRE / TREs von Drosophila melanogaster und Drosophila pseudoobscura auf die Regulierung der Reportergene gfp und miniwhite untersucht. Meine Ergebnisse stimmen mit bereits veröffentlichten Studien überein, dass PRE / TREs austauschbare Elemente sind. Ich zeige jedoch auch, dass PRE / TREs tiefgreifend an ihre entsprechenden Gene angepasst sind. Im Falle des eya PRE / TRE ist es dessen Eigenschaft die Transkriptionsrate der zwei zugehörigen Promotoren unterschiedlich zu regulieren und sehr hohe und sehr geringe Expressionsraten - entsprechend dem Fortschritt der Augendifferenzierung - zu vermitteln. Der Austausch mit fremden PRE / TREs führt zu einer nur teilweisen Wiederherstellung dieser Funktionen. Darüber hinaus zeigte das bxd PRE / TRE (ein HOX PRE / TRE) beider Spezies starke Abweichungen in der Regulation der beiden Reportergene da es einerseits zu Variegierung führte und andererseits eine entgegengesetzte Sensitivität zur anteroposterioren Lage innerhalb des Auges zeigte. Dies unterstreicht die individuellen Eigenschaften dieser Elemente.
Abschließend konnte ich zeigen, dass das eya PRE / TRE einen konservierten Enhancer des optischen Lappens, innerhalb der 1.5kb Region des PRE / TREs besitzt.
Abstract
(Englisch)
Polycomb / Trithorax binding sites have been identified at several hundred genes in both flies and mammals whereof many may represent Polycomb / Trithorax Response Elements (PRE / TREs). These elements have been best characterized at Hox genes where they are required to maintain the initial transcriptional state over multiple cell generations even after the initiating transcription factors have ceased. In doing so, the Polycomb group (PcG) proteins maintain the silent state of gene expression whereas the Trithorax group proteins maintain the active state. Thus, Hox gene PRE / TREs can be described as static elements. In addition to Hox genes, multiple dynamically regulated genes are targets of PcG suggesting that their corresponding PRE / TREs function fundamentally different from Hox gene PRE / TREs.
This study focuses on the characterization of the PRE / TRE of the eyes absent (eya) gene in Drosophila melanogaster. The eya gene is part of a gene regulatory network that governs the development of the eye. Most of these retinal determination genes contain PRE / TREs and are dynamically regulated. Here I present novel findings about endogenous eya expression and the function of the eya PRE / TRE. eya is expressed as two different isoforms derived from two alternative promoters. I detected a change in the ratio of the two endogenous isoforms during eye developmental progression using double in situ hybridization. Furthermore, I found that a reporter gene construct based on the eya regulatory sequence also displayed a change in ratio of the two reporter genes gfp and miniwhite during eye developmental progression. Strikingly, the differential regulation of the reporter genes requires the presence of the PRE / TRE.
Using previously characterized PRE / TREs from other Drosophila melanogaster genes or the orthologous sequences in Drosophila pseudoobscura I analyzed whether the eya PRE / TRE is an exchangeable element. My results agree with previous conclusions that PRE / TREs are interchangeable elements. However, my data also suggests that PRE / TREs are profoundly adapted to their corresponding gene. In case of the eya PRE / TRE it is its ability to control differential regulation of the reporter genes, the transcriptional activity of two alternative promoters and to adjust to very high and very low expression levels at different stages of eye developmental progression. In contrast, replacement PRE / TREs were able to only rescue parts of the eya PRE / TRE properties. Furthermore, the bxd PRE / TRE (a HOX gene PRE / TRE) of both species resulted in variegation and an opposing sensitivity to the antero-posterior localization of the retinal cells thereby emphasizing the individual properties of these elements.
Finally, I could show that the eya PRE / TRE contains a conserved optic lobe specific enhancer that is localized within the entire 1,5 kb region of the PRE / TRE.
The results presented in this thesis have implications on eya regulation and function. Moreover, they broaden our understanding of PRE / TRE function in dynamically differentiating tissues.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
Polycomb Trithorax PRE TRE eyes absent gene regulation optic lobe lamina enhancer drosophila
Schlagwörter
(Deutsch)
Polycomb/ Trithorax PRE TRE eyes absent Genregulation Optische Lappen Lamina Enhancer Drosophila
Autor*innen
Frank Ruge Vollrath
Haupttitel (Englisch)
The Drosophila eyes absent Polycomb / Trithorax response element fine tunes enhancer
Hauptuntertitel (Englisch)
promoter interactions during eye development and contains an optic lobe specific enhancer
Paralleltitel (Deutsch)
Das Drosophila eyes absent Polycomb / Trithorax Response Element dient der feinabstimmung von Enhancer-Promoter interaktionen und besitzt einen Enhancer spezifisch für den Optischen Lappen
Publikationsjahr
2012
Umfangsangabe
183 S. : Ill., graph. Darst.
Sprache
Englisch
Beurteiler*innen
Jürgen Knoblich ,
Marco Milan
AC Nummer
AC10728285
Utheses ID
19375
Studienkennzahl
UA | 091 | 490 | |