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The functional diversification of nucleosomes across eukaryotes
Darya Kripkiy Casado
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Lebenswissenschaften
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Joint-Masterstudium Evolutionary Genomics and Systems Biology
Betreuer*in
Silvia Bulgheresi
DOI
10.25365/thesis.80594
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-30703.83905.483990-7
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Nukleosomen sind die grundlegende Einheit das Chromatin in Eukaryoten. Ein Nukleosom besteht aus zwei Kopien jedes Kernhistons – H2A, H2B, H3 und H4. Die bilden einen Proteinkomplex, der etwa 146 Basenpaare der DNA umhüllt. Nukleosomen regulieren DNA-abhängige Prozesse wie die DNA-Replikation und die Genexpression durch funktionelle Dynamiken, die durch posttranslationale Modifikationen, Chromatin-Remodeler, Chaperone und Histonvarianten beeinflusst werden. Aufgrund ihrer wichtigen Funktionalität gehören Histone zu den am besten konservierten eukaryotischen Proteinen. Diese Konservierung hat zu der Annahme geführt, dass die funktionelle Diversifizierung des Chromatins in Eukaryoten findet hauptsächlich durch Variation im Chromatin-Modifikationsmechanismus statt und nicht durch Veränderungen der intrinsischen Eigenschaften der Nukleosomen. Unseres Wissens wurden jedoch noch keine umfassenden vergleichenden Funktionsstudien zu Nukleosomen bei Eukaryoten durchgeführt. Um die funktionelle Vielfalt des Nukleosoms zu untersuchen, haben wir eine neuartige synthetische Methode angewendet, mit der durch ektopische Histon-Expression in der Bakterium Escherichia coli assemblierte Nukleosomen hergestellt werden. Dieses synthetische Modell bietet eine handhabbare und hochdurchsatzfähige Plattform für den Vergleich der intrinsischen Eigenschaften von Nukleosomen aus verschiedenen Eukaryoten. Wir haben Histone aus 13 verschiedenen Eukaryoten aus dem gesamten eukaryotischen Stammbaum exprimiert, um synthetische Nukleosomen zu erzeugen, und festgestellt, dass die meisten davon Nukleosom ähnliche Strukturen bilden können, die sowohl vergleichbare als auch unterschiedliche Eigenschaften aufweisen. Mithilfe von MNase-seq haben wir Nukleosomen im gesamten E. coli-Genom profiliert und festgestellt, dass Nukleosomen, die aus Histonen verschiedener Eukaryoten gebildet wurden, unterschiedliche Bindungseigenschaften aufweisen. Diese Arbeit liefert wichtige Erkenntnisse zum Verständnis der Rolle der Histonsequenzvielfalt in der Chromatin-Evolution. Darüber hinaus erweitern und validieren wir hier die neuartige Methode der ektopischen Expression selbstorganisierender Nukleosomen, die ein leistungsfähiges Werkzeug für funktionelle Chromatin-Studien darstellt.
Abstract
(Englisch)
Nucleosomes are the fundamental unit of chromatin organization across eukaryotes. A nucleosome particle consists of two copies of each core histone - H2A, H2B, H3 and H4, which constitute a protein complex which wraps approximately 146 base pairs of DNA. Nucleosomes regulate DNA-dependent processes such as DNA replication and gene expression through functional dynamics influenced by post-translational modifications, chromatin remodelers, chaperones and histone variants. Given their important functionality, histones are some of the most conserved eukaryotic proteins. This conservation has led to the assumption that the functional diversification of chromatin across eukaryotes results primarily from variation in chromatin modification machinery rather than changes to the intrinsic properties of nucleosomes themselves. However, to our knowledge, no comprehensive comparative functional studies of nucleosomes across eukaryotes have been conducted. To investigate the functional diversity of the nucleosome, we applied a novel synthetic method that produces assembled nucleosomes in the bacterium Escherichia coli through ectopic histone expression. This synthetic model provides a tractable and high-throughput chassis for comparing intrinsic nucleosome properties from diverse eukaryotes. We expressed histones from 13 different eukaryotes from across the eukaryotic tree of life to generate synthetic nucleosomes and identified that most can form nucleosome-like structures which exhibit both comparable and distinct characteristics from one another. Using MNase-seq, we profiled nucleosomes across the E. coli genome and found that nucleosomes formed by histones from diverse eukaryotes exhibit diverse binding properties. This work provides crucial insights into understanding the role of histone sequence diversity in chromatin evolution. Additionally, here we further expand and validate the novel method of ectopic expression of self-assembling nucleosomes, which is a powerful tool for functional chromatin studies.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Biologie Molekulare Biologie Evolution Histonen Chromatin Nukleosom
Autor*innen
Darya Kripkiy Casado
Haupttitel (Englisch)
The functional diversification of nucleosomes across eukaryotes
Publikationsjahr
2026
Umfangsangabe
vii, 55 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Silvia Bulgheresi
Klassifikationen
42 Biologie > 42.13 Molekularbiologie ,
42 Biologie > 42.21 Evolution
AC Nummer
AC17797477
Utheses ID
79891
Studienkennzahl
UA | 066 | 220 | |