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Effects of catalytic inactivation of HDAC1 on skin homeostasis and immunity
Stephan Patrick Konstantin Wagner
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Zentrum für Molekulare Biologie
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Molekulare Biologie
Betreuer*in
Christian Seiser
DOI
10.25365/thesis.72494
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-10713.78774.820949-2
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Als ein wichtiges Element der epigenetischen Expressionsregulation spielt die dynamische Histonacetylierung und -deacetylierung eine wichtige Rolle in vielen zellulären und entwicklungsspezifischen Prozessen wie der Zellzyklusregulation, der Erhaltung der Pluripotenz von Stammzellen und der Differenzierung. Während die Acetylierung von Histonen von Histonacetyltransferasen (HATs) durchgeführt wird, wird die Deacetylierung von sogenannten Histondeacetylasen (HDACs) übernommen. Die dabei entstehenden Acetylierungsmuster im Chromatin ergeben einen Code, der von bestimmten so genannten Reader-Proteinen gelesen und interpretiert werden kann. Dies kann zur Bindung von anderen Proteinkomplexen wie Chromatin-Remodelling-Komplexen oder Co-Repressor-Komplexen führen. Diese Komplexe können dann die Transkription der gebundenen Chromatinregion hoch- oder runterregulieren. Die Class I Deacetylasen HDAC1 und HDAC sind in bestimmten hoch konservierten Multiproteinkomplexen innerhalb des Zellkerns lokalisiert. Diese sehr ähnlichen Enzyme deacetylieren verschiedene Histon- und Nicht-Histon-Proteine mit unterschiedlichen biologischen Implikationen und können bis zu einem gewissen Grad die Funktionen des jeweils anderen kompensieren. Frühere Studien über den Knockout von HDAC1 und HDAC2 in der Epidermis der Maus haben gezeigt, dass ein einzelnes Allel von HDAC1, aber nicht von HDAC2, für eine korrekte epidermale Entwicklung genügt und dass HDAC1 anscheinend essentielle Gerüstfunktionen für bestimmte Co-Repressor-Komplexe hat. Da gezeigt wurde, dass die Deregulation von HDAC1 und HDAC2 eine Rolle in verschiedenen Krankheitsmodellen spielt und weil HDAC-Inhibitoren bereits zur Behandlung von bestimmten Tumoren und Krankheiten genutzt werden, ist es essentiell, ihre spezifischen und redundanten Funktionen zu untersuchen. Um unser Wissen über spezifische katalytische und strukturelle Funktionen von HDAC1 zu erweitern, war das Ziel dieser Arbeit die Charakterisierung des epidermalen Phänotyps von Mäusen mit einem epidermis-spezifischen Knockout von Hdac1 und der zusätzlichen Expression von verschieden katalytisch-inaktiven Varianten von HDAC1 vom genomischen Rosa26-Lokus. Mäuse, die katalytisch inaktives HDAC1 H141A (HDAC1Ci) exprimieren, welches die Formation von Komplexen noch ermöglicht, wurden mit Mäusen verglichen, die die ebenfalls katalytisch inaktive HDAC1 S421A, S423A (HDAC12S) Variante exprimieren, welche nicht mehr zur Komplexformation fähig ist. Wir konnten zeigen, dass die epidermale Expression von HDAC1Ci in Keratinozyten von Mäusen mit einem zusätzlichem epidermalen HDAC1 Knockout in Keratinozyten zu einem offensichtlichen Hautphänotyp mit Proliferations und Differenzierungsdefekten führt. Außerdem kommt es zu einer Aktivierung des Immunsystems, die mit einer defekten epidermalen Barriere korreliert. Im Gegensatz dazu zeigte der epidermisspezifische Knockout von Hdac1 alleine oder der Austausch durch HDAC12S keine Veränderungen der Haut. Unsere Daten zeigen zum einen die Bedeutung der katalytischen Aktivität von HDAC1 für die Proliferation und Differenzierung von Keratinozyten und zum anderen die wichtige Rolle von HDAC1 in der korrekten Entwicklung der epidermalen Barriere. Zusätzlich ist anzunehmen, dass die Inkorporation von katalytisch inaktivem HDAC1 in Multi-Protein-Komplexen entscheidend für die funktionale der epidermalen Homöostase und daher auch für die Entwicklung bestimmter Hautpathologien ist.
Abstract
(Englisch)
As an important element of epigenetic expression regulation, dynamic histone acetylation and deacetylation plays a crucial role in many cellular and developmental processes such as cell-cycle regulation, stem cell pluripotency maintenance and differentiation. While acetylation is carried out by histone acetyl transferases (HATs), deacetylation is performed by so-called histone deacetylases (HDACs). Acetylation patterns on histones within the chromatin establish a dynamic code, which can be interpreted by certain reader proteins, which in turn can trigger further downstream actions like binding of chromatin remodelling complexes or co-repressor complexes. These complexes can then further enhance or downregulate the transcription of chromatin regions. The class I deacetylases HDAC1 and HDAC2 are located in the cell nucleus in distinct multiprotein complexes that are highly conserved. They are highly similar enzymes, which can deacetylate histones and non-histone targets with different biological implications and to some extent can compensate for the function of each other. Previous studies on the knockout of Hdac1 and Hdac2 in the murine epidermis demonstrated that a single allele of Hdac1, but not Hdac2 is sufficient for correct epidermal development and that HDAC1 appears to have essential scaffolding functions for certain co-repressor complexes. Since deregulation of HDAC1 and HDAC2 has previously been shown to be involved in several different disease models, and since HDAC inhibitors are already being used to treat some tumours and certain diseases it is crucial to further dissect their specific and overlapping roles. To improve our knowledge about specific catalytic and structural functions of HDAC1, we aimed to characterize the epidermal phenotype of mice with epidermis-specific knockout of HDAC1 and mice additionally expressing different catalytically inactive variants of HDAC1 from the Rosa26 genomic locus. Mice expressing catalytically inactive HDAC1 H141A (HDAC1Ci), which still enables co-repressor complex formation were compared with animals expressing inactive HDAC1 S421A, S423A (HDAC12S), which lacks the ability to be incorporated into their complexes. Here we could show that epidermal expression of HDAC1Ci in murine keratinocytes in the epidermal Hdac1 knockout background resulted in an apparent skin phenotype with differentiation and proliferation defects as well as activation of the immune system, which interestingly correlates with a defective epidermal barrier. In contrast, epidermis-specific knockout of HDAC1 alone or replacement by HDAC12S revealed no skin abnormalities. Thus, our data demonstrate the importance of HDAC1´s catalytic function for proliferation and differentiation processes of keratinocytes, as well as a crucial role for HDAC1 in proper epidermal barrier formation. In addition, it can be assumed, that the incorporation of inactive HDAC1 into multi-enzyme complexes is crucial for the functional impairment of epidermal homeostasis and thus for the development of a skin pathology.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
HDAC1 Epidermis Haut Katalytische Inaktivierung von HDAC1 Hauthomeostase Immunität der Haut
Schlagwörter
(Englisch)
HDAC1 epidermis skin catalytic inactivation of HDAC1 Skin homeostasis skin immunity
Autor*innen
Stephan Patrick Konstantin Wagner
Haupttitel (Englisch)
Effects of catalytic inactivation of HDAC1 on skin homeostasis and immunity
Paralleltitel (Deutsch)
Effekte der katalytischen Inaktivierung von HDAC1 auf die Homeostase und Immunität der Haut
Publikationsjahr
2022
Umfangsangabe
XII, 92 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Christian Seiser
Klassifikationen
42 Biologie > 42.13 Molekularbiologie ,
44 Medizin > 44.93 Dermatologie
AC Nummer
AC16663122
Utheses ID
64911
Studienkennzahl
UA | 066 | 834 | |