Elucidating the interactions of interleukin-1alpha with components of the eukaryotic transcription machinery

• Thesis title in Czech: Studium interakcí interleukinu-1alfa se složkami eukaryotického transkripčního aparátu
• Thesis title in English: Elucidating the interactions of interleukin-1alpha with components of the eukaryotic transcription machinery
• Key words: interleukin-1; histonacetyltransferáza; SAGA; ADA; HOX geny; akutní lymfoblastická leukemie; heterologní exprese; transkripce
• English key words: interleukin-1; interleukin-1α; histone acetyltransferase; SAGA; ADA; HOX genes; acute lymphoblastic leukaemia; heterologous expression; transcription
• Academic year of topic announcement: 2005/2006
• Thesis type: dissertation
• Thesis language: angličtina
• Department: Department of Genetics and Microbiology (31-140)
• Supervisor: RNDr. Martin Pospíšek, Ph.D.
• Author: hidden - assigned by the advisor
• Date of registration: 01.10.2010
• Date of assignment: 04.01.2012
• Date and time of defence: 05.09.2013 10:30
• Date of electronic submission: 24.05.2013
• Date of proceeded defence: 05.09.2013
• Opponents: prof. RNDr. Jan Černý, Ph.D.

Preliminary scope of work

Interleukin-1α (IL-1α) je pleiotropní cytokin, který hraje klíčovou roli v imunitní odpovědi organismu. Je produkován jako prekursor o molekulové hmotnosti 31 kDa, který je štěpen cysteinovou proteázou calpainem za vzniku maturovaného IL-1α (17 kDa) a tzv. N-terminálního peptidu IL-1α (IL-1αNTP; 16 kDa). Ačkoliv IL-1α může být sekretován a spouštět dráhu signální transdukce skrze povrchové receptory cílových buněk, bylo zjištěno, že IL-1α se účastní také některých procesů v buněčném jádře. IL-1αNTP je u vyšších eukaryot vysoce konzervován a obsahuje jaderný lokalizační signál, díky kterému prekursor i samotný IL-1αNTP vstupují do buněčného jádra. Při předchozím výzkumu byla popsána genetická interakce IL-1α s jadernými histonacetyltransferázovými (HAT) komplexy v savčích buňkách a překvapivě také v heterologním kvasinkovém modelu.
Tato disertační práce se dále věnuje výzkumu jaderné funkce IL-1α a přináší důkazy o fyzické interakci IL-1α s „HAT/Core“ modulem kvasinkových histonacetyltransferáz SAGA a ADA. Výsledky pokusů zahrnujících knock-out jednotlivých podjednotek kvasinkových HAT komplexů a následné koimunoprecipitace poukazují na nový model skládání SAGA komplexu, ve kterém ADA představuje pravděpodobně jen částečně aktivní HAT komplex.
V savčích buňkách jakožto přirozeném modelu pro studium IL-1α pak byla prokázána kolokalizace tohoto cytokinu s tumorsupresorovým proteinem p53. Tuto interakci potvrzuje také následná koimunoprecipitace obou proteinů. Také bylo zjištěno, že subcelulární lokalizaci IL-1αNTP lze modulovat pomocí rozdílných kultivačních podmínek.
Poslední část této práce popisuje analýzu exprese HOX genů u imunofenotypově a genotypově definovaných podskupin pacientů s dětskou akutní lymfoblastickou leukemií (ALL). Exprese 23 vybraných HOX genů byla studována u 61 pacientů a výsledky byly porovnány s úrovní transkripce HOX genů v populacích B a T lymfocytů získaných od zdravých dárců. Bylo zjištěno, že v leukemických buňkách dochází k aberantní expresi HOX genů v porovnání se zdravými buňkami.

Preliminary scope of work in English

Interleukin-1α (IL-1α) is a pleiotropic cytokine and a key mediator of host immune response. It is synthesised as a 31-kDa precursor, that is cleaved by the cysteine protease calpain into the 17-kDa mature IL-1α and the 16-kDa N-terminal peptide of IL-1α (IL-1αNTP). Although IL-1α can be secreted, act on target cells through the surface receptor IL-1RI and trigger the signal transduction pathway, increasing evidence points toward the involvement of IL-1α in certain nuclear processes. IL-1αNTP is highly conserved among higher eukaryotes and contains a nuclear localisation sequence; indeed, both the precursor and IL-1αNTP are found in the cell nucleus. Previously, a genetic interaction of IL-1α with nuclear histone acetyltransferase (HAT) complexes has been reported from mammalian cells and, interestingly, also from the heterologous yeast model.
This thesis extends the research of the nuclear function of IL-1α and demonstrates that IL-1α physically associates with the HAT/Core module of yeast SAGA and ADA HAT complexes. Results of the HAT subunit gene knock-out experiments followed by a set of co-immunoprecipitations also suggest a novel model of the yeast SAGA complex assembly, in which ADA appears to represent only a partly functional HAT complex.
In its natural milieu of mammalian cells, IL-1α is demonstrated to co-localise with the tumour suppressor protein p53 within the cell nucleus. This interaction is further supported with a co-immunoprecipitation experiment where the IL-1α precursor binds p53. Moreover, it is shown that the subcellular localisation of IL-1αNTP can be modulated under different culturing conditions.
Finally, this thesis presents an analysis of HOX gene expression in immunophenotypically and genotypically defined subsets of paediatric patients with acute lymphoblastic leukaemia (ALL). The expression of 23 selected HOX genes in 61 ALL patients is studied and the results are compared with the levels of HOX gene transcription in sorted cell populations of B and T lymphocytes from healthy donors. Aberrant HOX gene expression patterns have been identified in the leukaemic cells compared to their closest physiological counterparts