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The conformation of replicated human chromosomes
Michael Mitter
Art der Arbeit
Dissertation
Universität
Universität Wien
Fakultät
Zentrum für Molekulare Biologie
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Doctor of Philosophy-Doktoratsstudium NAWI Bereich Lebenswissenschaften (Dissertationsgebiet: Molekulare Biologie)
Betreuer*in
Daniel Gerlich
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Alle Rechte vorbehalten / All rights reserved
DOI
10.25365/thesis.64737
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-24926.29787.848299-6
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Abstracts

Abstract
(Deutsch)
Die dreidimensionale Konformation von Chromatiden hat einen enormen Einfluss auf eine Vielzahl verschiedener Aspekte der Zellbiologie, wie Genexpression, Chromosomensegregation und DNA-Reparatur. High-Throughput-Chromosom-Conformation-Capture (Hi-C) hat es Forschern ermöglicht, diese Konformation im Detail zu untersuchen, und hat zur Entdeckung zahlreicher Prinzipien der Chromosomentopologie geführt. Hi-C ist derzeit jedoch nicht in der Lage, replizierte Chromosomen zu unterscheiden, so dass Forscher Schlüsselaspekte der Genomfunktion nicht untersuchen können. Dazu gehören die Frage, wie DNA-Reparatur das Kopieren von Information des Schwesterchromatids koordiniert und wie die Resolution der Schwesterchromatiden während der Mitose mit deren Kohäsion koordiniert wird. Um dieses methodische Rätsel zu lösen, verwendete ich 4-Thio-Thymidin, ein neuartiges Nukleotidanalogon, das durch Sequenzierung nachweisbar ist, um die Schwesterchromatide differenziell zu markieren. Dies ermöglichte es mir, eine Hi-C-Variante zu entwickeln, die in der Lage ist, Schwesterchromatide zu unterscheiden. Mit dieser Methode habe ich dann die ersten 3D-Genomkarten, die Schwesterchromatide unterscheidet, erstellt, wobei sich zeigte, dass die Trans-Schwester-Interaktionen eine bemerkenswerte Heterogenität aufweisen. Ferner zeige ich, dass die Schwesterchromatide an den Grenzen topologisch assoziierender Domänen zusammengehalten werden und dass Trans-Schwester-Interaktionen mit dem epigenetischen Zustand von genomischen Regionen korrelieren. Schließlich verwende ich Perturbationen des Cohesin-Komplexes, um zu zeigen, dass zwei Klassen von Cohesin die Schwesterchromatide unterschiedlich organisieren: Kohäsives Cohesin hält die Schwesterchromatide zusammen, während schleifenextrudierendes Cohesin sie auf einer kleinen genomischen Skala trennt. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass scsHi-C eine neuartige Technologie ist, die schwesterchromatidenspezifische 3D-Strukturuntersuchungen ermöglicht und ich diese Technologie benutzt habe, um den Einflusses von Cohesin auf diese Konfiguration zu untersuchen.
Abstract
(Englisch)
The three-dimensional conformation of chromatids has tremendous impact on a variety of different aspects of cell biology such as gene expression, chromosome segregation and DNA repair. High-throughput chromosome conformation capture (Hi-C) has enabled researchers to examine this conformation in great detail and has lead to the discovery of numerous principles of chromosome topology. However, Hi-C is currently not able to distinguish replicated chromosomes, thus precluding investigators from examining key aspects of genome function. These include how DNA repair coordinates copying information from sister chromatids and how sister chromatid resolution during mitosis is coordinated with sister chromatid cohesion. In order to resolve this methodological conundrum, I used 4-thio-thymidine, a novel nucleotide analog that is detectable by sequencing, to mark sister chromatids differentially. This enabled me to develop a Hi-C variant, which I name sister chromatid sensitive Hi-C (scsHi-C), that is capable of distinguishing sister chromatids. I then used this method to generate the first sister chromatid resolved 3D-genome maps, revealing that trans-sister interactions exhibit remarkable heterogeneity. I further show that sister chromatids are held together at the boundaries of topologically associating domains and that trans-sister interactions correlate with epigenetic state. Finally, I use perturbations of the cohesin complex to show that two classes of cohesin organize sister chromatids differentially: Cohesive cohesin holds sister chromatids together, whereas loop extruding cohesin separates them on a small genomic scale. In conclusion, scsHi-C is a novel technology that allows sister chromatid specific 3D-structure examinations that I showcased by examining the influence of the cohesin complex on this configuration.

Schlagwörter

Schlagwörter
(Englisch)
Chromosome biology 3D-genome structure Cohesin
Schlagwörter
(Deutsch)
Chromosomen Biology 3D-Genom Struktur Cohesin
Autor*innen
Michael Mitter
Haupttitel (Englisch)
The conformation of replicated human chromosomes
Paralleltitel (Deutsch)
Die Konformation von replizierten humanen Chromosomen
Publikationsjahr
2020
Umfangsangabe
VII, 124 Seiten : Illustrationen, Diagramme
Sprache
Englisch
Beurteiler*innen
Dea Slade ,
Benjamin Rowland
Klassifikation
42 Biologie > 42.13 Molekularbiologie
AC Nummer
AC16077182
Utheses ID
57444
Studienkennzahl
UA | 794 | 685 | 490 |
Universität Wien, Universitätsbibliothek, 1010 Wien, Universitätsring 1