text size

Function of nuclear phosphoinositides and their binding partners in gene expression

Notice: I hereby declare that I am aware that the information acquired from theses published by Charles University may not be used for commercial purposes or may not be published for educational, scientific or other creative activities as activities of person other than the author.
Title:
Function of nuclear phosphoinositides and their binding partners in gene expression
Title (in czech):
Funkce jaderných fosfoinozitidů a jejich vazebných partnerů v genové expresi
Type:
Dissertation
Author:
Mgr. Lívia Uličná, Ph.D.
Supervisor:
prof. RNDr. Pavel Hozák, DrSc.
Opponents:
RNDr. Mgr. Petr Šolc, Ph.D.
Mgr. Marie Macůrková, Ph.D.
Thesis Id:
144403
Faculty:
Faculty of Science (PřF)
Department:
Department of Cell Biology (31-151)
Study programm:
Developmental and Cell Biology (P1529)
Study branch:
-
Degree granted:
Ph.D.
Defence date:
19/06/2018
Defence result:
Pass
Language:
English
Keywords (in czech):
buněčné jádro, fosfoinozitidy, genová exprese
Keywords:
cell nucleus, phosphoinositides, gene expression
Abstract (in czech):
ABSTRAKT (ČESKÝ) Fosfoinozitidy jsou negativně nabité fosfolipidy s inositolovou hlavičkou, která může být fosforylovaná. Fosforylací inositolu vzniká sedm různě fosforylovaných forem fosfoinozitidů, které mohou být mono-, bis- nebo tris-fosforylované. Role cytoplasmatických fosfoinozitidů byly popsané v regulaci dynamiky buněčných membrán a cytoskeletu, v transportu membránových váčků, v funkci iontových kanálů a transportérů a produkci druhých poslů. Jaderné fosfoinozitidy se podílejí na posttranskripčních úpravách a exportu pre-mRNA, DNA transkripci a remodelování chromatinu. Zatímco cytoplasmatické funkce jsou dobře popsané, molekulární mechanizmy jaderných fosfoinozitidů v těchto jaderných procesech nebyly doposud dostatečně prozkoumány. V této práci jsme si kladli za cíl popsat lokalizaci fosfoinozitidů v jednotlivých funkčních kompartmentech jádra, což nám napomůže objasnit zapojení fosfoinozitidů do jaderných procesů. Dále jsme se zaměřili na identifikaci jaderných fosfoinozitidů zapojených do regulace genové exprese a objasnení detailního mechanismu interakce PI(4,5)P2 a PHF8 v regulaci transkripce ribozomálních genů. Dvěma nezávislými metodami jsme popsali lokalizaci fosfoinozitidů na jaderné membráně, v jaderných škvrnách, nukleoplasmě a jadérku. Tato rozšířená jaderná lokalizace naznačuje a i potvrzuje jejich zapojení do procesů jako signalizace a tvorba sekundárních poslů, přepis a sestřih genů. Známý PI(4,5)P2 vazebným proteinem zapojeným do regulace transkripce je aktin, který může být v buňce přítomný ve dvou formách, a to monomerní a fibrilární. Avšak přítomnost fibrilárního aktinu v jádře prozatím není dobře popsaná. V této práci ukazujeme, že aktin v buňěčném jádře tvoří vlákna, která kolokalizují se známými aktin vazobnými proteiny, jako je kofilín a aktín příbuzný protein 3 (Arp3). Tvorba aktinových vláken v jádře zvýšuje transkripci v S fázi buněčného cyklu a na druhé straně snižuje buněčnou proliferaci a způsobuje aberantní mitózu. Navíc zde popisujeme přímou interakci mezi PI(4,5)P2 a lyzín-specifickou histon demetylázou PHF8, která demetyluje H3K9me2/1, H3K27me2 a H4K20me1. Přes tuto interakci PI(4,5)P2 snižuje PHF8 aktivitu jako aktivátora transkripce ribozomálních genů. Proto je PI(4,5)P2 důležitým regulátorem genové exprese ribosomálních genů na epigenetické úrovni. Využitím modelu Caenorhabditis elegans jsme ukázali, že samotný PI(4,5)P2 je důležitá molekula zapojená do různých jaderných procesů, jako je, párování chromozomů, apoptóza způsobená poškozením DNA nebo stav chromatinu v zárodečných buňkách.
Abstract:
ABSTRACT (ENGLISH) Phosphoinositides (PIs) are negatively charged glycerol-based phospholipids with inositol head (ring) which can be phosphorylated. Inositol ring phosphorylation yields in seven different PIs species which can be mono-, bis,- or tris-phosphorylated. Roles of cytoplasmic PIs have been extensively studied in for membrane and cytoskeletal dynamics, vesicular trafficking, ion channels and transporters and generating of second messengers. Nuclear PIs have been implicated in posttranscriptional processing of pre-mRNA, DNA transcription and chromatin remodelling. While cytoplasmic functions are very well described, the molecular mechanism of their nuclear functions are still poorly understood. In this study we focus on description of localization of nuclear PIs in particular functional nuclear compartments, which enable us to reveal PIs involvement in nuclear processes. We also focused on identification of nuclear PIs involved in the regulation of genes transcription and revealed detailed mechanism of PI(4,5)P2 a PHF8 interaction in the regulation of ribosomal genes transcription. By two independent approaches, we have described PIs localization to the nuclear membrane, nuclear speckles, small foci in the nucleoplasm, and the nucleolus. This spread nuclear localization suggests and confirms PI´s involvement in various processes such as signalling, production of secondary messengers, splicing and transcription. Known PI(4,5)P2 binding protein involved in the regulation of transcription is actin which can be present in the cell in two forms, as monomeric or filamentous. However, the presence of filamentous actin in the cell nucleus is not well described. Here we show that actin can form filaments in the cell nucleus and these filaments col-localize with known actin binding proteins, such as cofilin and actin related protein 3 (Arp3). The presence of nuclear filamentous actin increases transcription in S-phase and on the other hand decreases cell proliferation and aberrant mitosis. Moreover, we demonstrated a direct interaction of PI(4,5)P2 with histone lysine demethylase PHF8 (PHF8), enzyme that demethylates H3K9me2/1, H3K27me2, H4K20me1. Through this interaction PI(4,5)P2 represses PHF8 function as rRNA genes transcription activator. Therefore, is PI(4,5)P2 an important regulator at the epigenetic level and contributes to the fine- tuning of rRNA genes expression. Using Caenorhabditis elegans as s model organism, we showed that PI(4,5)P2 itself is involved in various nuclear processes such as chromosome pairing, DNA-damage driven apoptosis or chromatin shape in germ cells.
Documents
Download Document Author Type File size
Download Text of the thesis Mgr. Lívia Uličná, Ph.D. 17.63 MB
Download Abstract in czech Mgr. Lívia Uličná, Ph.D. 257 kB
Download Abstract in english Mgr. Lívia Uličná, Ph.D. 250 kB
Download Autoreferat / doctoral thesis summary Mgr. Lívia Uličná, Ph.D. 409 kB
Download Opponent's review RNDr. Mgr. Petr Šolc, Ph.D. 166 kB
Download Opponent's review Mgr. Marie Macůrková, Ph.D. 132 kB
Download Defence's report 106 kB