text size

Long Non-Coding RNAs in Oocyte-to-Embryo Transition

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the information acquired from theses published by Charles University may not be used for commercial purposes or may not be published for educational, scientific or other creative activities as activities of person other than the author.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:
Long Non-Coding RNAs in Oocyte-to-Embryo Transition
Title (in czech):
Dlouhé nekódující RNA během přeměny vajíčka na embryo
Type:
Dissertation
Author:
Sravya Ganesh, Ph.D.
Supervisor:
doc. Mgr. Petr Svoboda, Ph.D.
Opponents:
Mgr. Štěpánka Vaňáčová, Ph.D.
Alena Shkumatava
Thesis Id:
156813
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:
10/12/2018
Defence result:
Pass
Language:
English
Keywords (in czech):
lncRNA, oocyt, zygota
Keywords:
lncRNA, oocyte, zygote
Abstract (in czech):
Abstrakt Přechod z oocytů na embryo (OET) je jednou z nejkomplexnějších vývojových událostí, během níž se diferencovaný oocyt promění v totipotentní blastomery embrya. Během OET transkripčně neaktivní oocyt prochází masivním přeprogramováním genové exprese, které ho transformuje do transkripčně aktivní zygoty. Přestože četné studie přispěly k pochopení mechanismu OET, mnoho genů zapojených do OET je neznámých. Úplně nová úroveň možné regulace OET přišla s objevem dlouhých nekódujících RNA (lncRNA). LncRNAs jsou transkripty pol II delší než 200 nukleotidů, které jsou typicky sestřižené a polyadenylované, ale nekódují proteiny. Zatímco lncRNA byly studovány v mnoha modelových systémech včetně embryonálních kmenových buněk, jejich exprese v oocytech a časných embryích a příspěvek k OET byly na začátku tohoto projektu neznámé. Ve svém doktorském projektu jsem se zaměřila na identifikaci, anotaci a analýzu lncRNA objevujících se během OET. Pomocí analýzy RNA-Seq bylo identifikováno 1600 lncRNA, které byly anotovány v myších oocytech a časných embryích. Většina lncRNA byla nová s expresí výlučně během OET. Významná část těchto lncRNA souvisela s LTR retrotransposony, což zřejmě souvisí s k jejich nedávným vznikem a evolucí. Expresní analýza OET lncRNA odhalila kromě výrazně odlišných maternálních a zygotických expresních profilů také dvě unikátní třídy maternálních lncRNA. (I) Byla identifikována skupina maternálních lncRNA, která zřejmě prochází cytoplazmatickou polyadenylací, která byla dříve spojena s dormantními maternálními mRNA. (II) Bylo identifikováno 100 lncRNA s antisense pseudogenní inzercí, které slouží jako substráty pro endo-RNAi mechanismus v oocytech a vznikají z nich endo-siRNA. Pro funkční analýzu role lncRNA během OET byly připraveny genomové delece pěti vybraných lncRNA; tři z nich jsou popsány v této práci. Ačkoliv u mutantů nebyly pozorovány žádné fenotypové změny týkajících se fertility, byla potvrzena cytoplazmatická polyadenylace (tzv. lncRNA dormance) a identifikovány maternální lncRNA sloužící jako substráty pro RNAi. Celkově tato práce poskytuje komplexní analýzu lncRNA během OET s originálním pohledem na příspěvek retrotransposonů LTR k vývoji lncRNA v oocytech a zygotách a přináší identifikaci dvou unikátních tříd mateřských lncRNA.
Abstract:
Abstract (English) Oocyte-to-embryo transition (OET) is one of the most complex developmental events, during which a differentiated oocyte gives rise to a totipotent zygote. During OET a transcriptionally silent oocyte undergoes massive reprogramming of gene expression, which transforms it into a transcriptionally active zygote. Although numerous studies have contributed to understanding the mechanism of OET, many genes involved in OET are yet to be identified. A whole new level of possible regulation of OET came with the discovery of long non-coding RNAs (lncRNA). LncRNAs are pol II transcripts longer than 200 nucleotides, that are typically spliced and polyadenylated but do not encode proteins. While lncRNAs have been studied in many model systems including embryonic stem cells, their expression in oocytes and early embryos and contribution to OET were largely unexplored at the beginning of this project. In my PhD project, I aimed to identify, annotate, and analyze lncRNAs expressed during OET. First, using RNA-Seq, 1600 highly reliable lncRNAs were identified and annotated in mouse oocytes and early embryos. Majority of lncRNAs were novel with expression exclusively at OET stages. A significant fraction of these lncRNAs was found associated with LTR retrotransposons, contributing to their novelty and evolution. Expression analysis of OET lncRNAs revealed, along with restricted maternal and zygotic expression profiles of OET lncRNAs, two unique classes of maternal lncRNAs. (I) A group of maternal lncRNAs were identified, which undergoes cytoplasmic polyadenylation, a mechanism which was previously associated with dormant maternal mRNAs, and (II) 100 lncRNAs with antisense pseudogene insertion were identified, which serve as substrates for endo-RNAi machinery in oocytes and give rise to endo-siRNAs. Finally, to study the role of lncRNAs during OET, loss of function mouse model of five selected lncRNAs were generated, of which three are reported here. Even though no phenotypic changes concerning fertility were observed, we validated cytoplasmic polyadenylation (i.e. lncRNA dormancy) and RNAi induction by maternal lncRNAs. Altogether, our study provides a comprehensive analysis of lncRNAs during OET, with the first look into contribution of LTR retrotransposons to lncRNA evolution in oocytes and zygotes, and the identification of two unique classes of maternal lncRNAs.
Documents
Download Document Author Type File size
Download Text of the thesis Sravya Ganesh, Ph.D. 6.91 MB
Download Abstract in czech Sravya Ganesh, Ph.D. 143 kB
Download Abstract in english Sravya Ganesh, Ph.D. 7 kB
Download Autoreferat / doctoral thesis summary Sravya Ganesh, Ph.D. 127 kB
Download Supervisor's review doc. Mgr. Petr Svoboda, Ph.D. 1.17 MB
Download Opponent's review Mgr. Štěpánka Vaňáčová, Ph.D. 336 kB
Download Opponent's review Alena Shkumatava 211 kB
Download Defence's report 449 kB