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The role of the epigenetic regulators HDAC1, HDAC2 and DNMT1 in mouse epidermis development and tumorgenesis
Mircea Winter
Art der Arbeit
Dissertation
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Lebenswissenschaften
Betreuer*in
Susanna Chiocca
Alle Rechte vorbehalten / All rights reserved
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-30090.77533.376065-3
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)

Abstracts

Abstract
(Deutsch)
In den letzten Jahrzehnten ist die Bedeutung epigenetischer Mechanismen gestiegen, und sie wurden als wichtige Regulatoren der Genomplastizität und Transkription erkannt. Heutzutage werden epigenetischen Modifikationen wie DNA-Methylierung, oder Histonmodifikationen zahlreiche wichtige regulatorische Funktionen zugeschrieben. Die Kontrolle des Epigenoms ist von fundamentaler Wichtigkeit, und eine Störung des epigenetischen Gleichgewichts gilt als Ursache für zahlreiche Erkrankungen und Krebs. Epigenetische Medikamente wie Methyltransferase- oder Histondeazetylaseinhibitoren werden als vielversprechende Tumortherapeutika angesehen, und die Entwicklung isoformspezifischer Inhibitoren wird stark vorangetrieben. Trotz intensiver Forschung sind die genauen Funktionen epigenetischer Enzyme, wie HDAC1, HDAC2 und DNMT1 nicht vollständig aufgeklärt. Die Entwicklung und erfolgreiche Anwendung epigenetischer Medikamente setzt aber ein grundlegendes Wissen über die Funktion der entsprechenden Targets in spezifischen Geweben und Zelltypen voraus. Für die Untersuchung der Histondeazetylasen HDAC1 und HDAC2 in der Epidermis der Maus, haben wir unterschiedliche Allelkombinationen beider Gene mit der K5-Cre Rekombinase deletiert. Dabei führt die simultane Deletion von HDAC1 und HDAC2 zum pränatalen Tod der Mäuse. Im Gegensatz dazu, entsteht bei der Deletion eines einzelnen Gens aufgrund eines Kompensationsmechanismus kein offensichtlicher Phänotyp. Im nächsten Schritt haben wir den Kompensationsmechanismus zwischen HDAC1 und HDAC2 aufgehoben und konnten HDAC1 als die wichtigere Deazetylase für die Entwicklung und Homöostase der Epidermis identifizieren. Durch die Beeinträchtigung der Kompensation wurde ein epidermaler Phänotyp induziert, in dessen Folge die Epidermis stark proliferiert und hyperkeratotisch wird. Wir identifizierten außerdem den Sin3-HDAC1/2 Repressor Komplex als Modulator von c-Myc und damit auch als Regulator der epidermalen Stammzellenspezifizierung. In Übereinstimmung mit der antiproliferativen Funktion von HDAC1 in der Epidermis, führt die Deletion von HDAC1, aber nicht von HDAC2, zu Hyperproliferation und vermehrter Onkogenese in K5-SOS Tumoren. Im zweiten Teil dieser Arbeit haben wir die Maintenance DNA-Methyltransferase DNMT1 konditionell mit der K5-Cre Rekombinase in der Epidermis deletiert. Die Deletion von DNMT1 in der Epidermis verursachte einen sehr schwerwiegenden Phänotyp und führte zu Hyperproliferation, reduzierter Differenzierung und Haarverlust. Überraschenderweise löste die Deletion von DNMT1 einen starken immunologischen Phänotyp aus, und die Haut der Mäuse wurde massiv von Immunzellen infiltriert. Die starke Immunreaktion wurde hauptsächlich durch die Aktivierung von Interferon-α/β und STAT3 verursacht, und führte zu einem sich verstärkendem Wechselspiel zwischen der Haut und den Immunzellen.
Abstract
(Englisch)
Epigenetic mechanisms have emerged during the last decades from rather exceptional regulatory phenomena to eminent modulators of genomic plasticity and transcription. Meanwhile, epigenetic modifications such as DNA methylation and histone modifications are known to regulate a variety of cellular processes in eukaryotes. Faithful control of the epigenome is of crucial importance for eukaryotic cells, and perturbances in this balance are observed under various pathological conditions and in different cancer types. Epigenetic drugs like histone deacetylase or DNA methyltransferase inhibitors are regarded as promising anticancer therapeutics and great efforts were invested in the development of isoform specific inhibitors. Nevertheless, the precise role of individual epigenetic regulators such as HDAC1, HDAC2 or DNMT1 in different tissues is poorly understood. Thus a prerequisite for the development and application of epigenetic drugs is the fundamental knowledge about the role of individual epigenetic enzymes in specific cell types. In order to investigate the role of the histone deacetylases HDAC1 and HDAC2 in the murine epidermis we conditionally ablated different combinations of HDAC1 and HDAC2 alleles by the K5-Cre recombinase. Interestingly deletion of both HDACs caused embryonic mortality. In contrast, upon deletion of HDAC1 or HDAC2, an obvious phenotype was averted by compensation via upregulation of the paralog. By impacting the compensatory mechanism we inflicted a severe phenotype associated with epidermal hyperproliferation and hyperkeratosis, and found HDAC1 to be the more important deacetylase in the epidermis. Moreover, we identified the Sin3-HDAC1/2 repressor complex as a regulator of the epidermal lineages via c-Myc. In accordance with these findings, deletion of HDAC1 but not HDAC2 enhanced epidermal proliferation and cancerogenesis in K5-SOS tumors. In the second study we conditionally deleted the DNA methyltransferase DNMT1 in the murine epidermis using the K5-Cre recombinase. Strikingly, deletion of DNMT1 caused a severe epidermal phenotype associated with epidermal hyperproliferation, hair loss and a defective barrier function. Furthermore, DNMT1 loss led to overactivation of the immune system, accompanied by a massive accumulation of immune cells in the skin. The inflammatory response was interferon-α/β and STAT3 dependent and triggered an autoinflammatory feedback loop between immune cells and the skin.

Schlagwörter

Schlagwörter
(Englisch)
Epigenetics
Schlagwörter
(Deutsch)
Epigenetik
Autor*innen
Mircea Winter
Haupttitel (Englisch)
The role of the epigenetic regulators HDAC1, HDAC2 and DNMT1 in mouse epidermis development and tumorgenesis
Paralleltitel (Deutsch)
Die Rolle der Epigenetischen Regulatoren HDAC1, HDAC2 und DNMT1 in der Maus Epidermisentwicklung und Tumorigenese
Publikationsjahr
2012
Umfangsangabe
155 S. : Ill., graph. Darst.
Sprache
Englisch
Beurteiler*innen
Susanna Chiocca ,
Christian Schoefer
Klassifikation
42 Biologie > 42.20 Genetik
AC Nummer
AC10725042
Utheses ID
20472
Studienkennzahl
UA | 091 | 441 | |
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