velikost textu

Regulation of alternative splicing via chromatin modifications

Upozornění: Informace získané z popisných dat či souborů uložených v Repozitáři závěrečných prací nemohou být použity k výdělečným účelům nebo vydávány za studijní, vědeckou nebo jinou tvůrčí činnost jiné osoby než autora.
Název:
Regulation of alternative splicing via chromatin modifications
Název v češtině:
Regulace alternativního sestřihu pomocí chromatinových modifikací
Typ:
Disertační práce
Autor:
Samira Hozeifi, Ph.D.
Školitel:
doc. Mgr. David Staněk, Ph.D.
Oponenti:
Mgr. Libor Krásný, Ph.D.
Dr. Christian Lanctôt, Ph.D.
Id práce:
93055
Fakulta:
Přírodovědecká fakulta (PřF)
Pracoviště:
Katedra buněčné biologie (31-151)
Program studia:
Molekulární a buněčná biologie, genetika a virologie (P1519)
Obor studia:
-
Přidělovaný titul:
Ph.D.
Datum obhajoby:
20. 3. 2014
Výsledek obhajoby:
Prospěl/a
Jazyk práce:
Angličtina
Klíčová slova:
alternativní sestřih, RNA sestřih, histonové modifikace, buněčná diferenciace
Klíčová slova v angličtině:
alternative splicing, RNA splicing, histone modifications, cell differentiation
Abstrakt:
ABSTRAKT Alternativní sestřih je jedním z mechanismů, který slouží k rozšiřování transkriptomu a proteomu v průběhu buněčného růstu, buněčné smrti, pluripotence, buněčné diferenciace a vývoje. Jak naznačují mnohé publikace, výběr sestřihového místa se odehrává v době, kdy je nascentní RNA v těsné blízkosti chromatinu. V této práci jsem se zaměřila na studium regulace alternativního sestřihu pomocí chromatinových modifikací, a to specificky na acetylaci histonů. V první práci popisujeme efekt inhibice histonových deacetyláz (HDACs), která ovlivňuje výběr sestřihového místa u ~700 genů. Ukázali jsme, že inhibice HDACs zvyšuje acetylaci na histonu H4 a posiluje procesivitu RNA polymerázy II (RNA pol II) v okolí alternativně sestřihovaného úseku. Dalším efektem inhibice HDACs je snížení asociace sestřihového faktoru SRp40, který reguluje sestřih fibronektinového alternativního exonu. Dále jsme ukázali, že Brd2 protein, který specificky váže acetylované histony, ovlivňuje transkripci 1450 genů. Po depleci Brd2 proteinu pozorujeme změnu v alternativním sestřihu u 290 genů. Na těchto a kontrolních genech jsme prozkoumali distribuci Brd2 proteinu a zjistili jsme, že Brd2 protein je lokalizován na promotorech ovlivněných genů. Dále jsme ukázali, že interakce Brd2 s chromatinem není závislá pouze na acetylovaných histonech, se kterými Brd2 interaguje, ale i další domény tohoto proteinu jsou důležité pro navigaci Brd2 proteinu ke specifickým místům. Identifikovali jsme C-terminálního doménu Brd2 proteinu, která je stejně důležitá pro navigaci Brd2 k chromatinu jako bromodoména. Toto zjištění koreluje s efektem, který mají tyto domény na transkripci a alternativní sestřih. Abychom lépe pochopili vztah mezi chromatinem a změnami alternativního sestřihu během buněčné diferenciace, analyzovali jsme veřejně dostupná data z ChIP-seq a DNA- arrays, která byla získána z buněčné linie C2C12, u které je možno vyvolat myogenezi in vitro. Porovnali jsme 123 exonů, které vykazují změny alternativního sestřihu během myogeneze, se stejným počtem náhodně vybraných exonů. Zjistili jsme, že změny histonových modifikací během myogeneze se liší u alternativně sestřižených genů a kontrolních genů. Pomocí nChIP jsme ověřili změny modifikací histonů na alternativně sestřižených exonech. Signifikantní změny modifikací histonů (H3K36met3 a H3ac) během diferenciace jsme zaznamenali na genech NCAM1 a ITGA7. Nicméně jsme nezaznamenali žádné změny v procesivitě RNA pol II v okolí ovlivněných úseků, a proto se domníváme, že alternativní sestřih během diferenciace není regulován změnami rychlosti RNA pol II. Také jsme ukázali, že inhibice HDACs ovlivňuje alternativní sestřih v již diferencovaných buňkách. Tyto poznatky potvrzují roli modifikací histonů v regulaci alternativního sestřihu během myogeneze a jejich význam v buněčně- specifickém transkriptomu. Poté jsme se zaměřili na ko-regulaci transkripční aktivity jednotlivých mnohojaderných svalových buněk. Ukázali jsme, že jednotlivá jádra se liší v transkripční aktivitě, přestože sdílí stejnou cytoplasmu.
Abstract v angličtině:
ABSTRACT Alternative splicing (AS) is involved in expansion of transcriptome and proteome during cell growth, cell death, pluripotency, cell differentiation and development. There is increasing evidence to suggest that splicing decisions are made when the nascent RNA is still associated with chromatin. Here, I studied regulation of AS via chromatin modification with main focus on histone acetylation. First, we demonstrate that activity of histone deacetylases (HDACs) influences splice site selection in 700 genes. We provided evidence that HDAC inhibition induces histone H4 acetylation and increases RNA Polymerase II (RNA Pol II) processivity along an alternatively spliced element. In addition, HDAC inhibition reduces co-transcriptional association of the splicing regulator SRp40 with the target fibronectin exon. Further we showed that histone acetylation reader, Brd2 protein, affect transcription of 1450 genes. Besides, almost 290 genes change their AS pattern upon Brd2 depletion. We study distribution of Brd2 along the target and control genes and find that Brd2 is specifically localized at promoters of target genes only. Surprisingly, Brd2 interaction with chromatin cannot be explained solely by histone acetylation, which suggests that other protein-domains (in addition to bromodomains) are important for Brd2 navigation to target sites. Indeed, we show that the C-terminal domain is equally important for Brd2 binding to the chromatin as bromodomains, which correlates with the role of these domains in transcription and splicing regulation. In order to find out the relationship between chromatin and AS changes during differentiation, we analyzed publically available ChIP-seq and microarray data of C2C12 cells, which can be differentiated into myotubes in vitro. We compare 123 alternatively spliced exons during myogenesis with the same number of randomly sampled exons. We observe that during myogenesis histone marks at alternatively spliced exons changed differently than at control exons. Using nChIP we find the significant changes of histone marks such as H3K36met3 and H3ac at alternatively spliced exons of NCAM1 and ITGA7 during differentiation. However, we do not observe any changes in RNA pol II processivity on those regions during differentiation, which suggest that AS changes cannot be explained by altered RNA pol II elongation rate. We also show that changes in AS in differentiated cells are affected by HDAC inhibition. These evidences imply the effect of histone marks on AS changes during myogenesis and their contribution to cell type-specific transcriptome. Finally, we study co-regulation of transcriptional activity of individual cells in multinucleated muscle cells and show that transcriptional activity of each nucleus in is different from the others, even though they share a common cytoplasmic environment.
Dokumenty
Stáhnout Dokument Autor Typ Velikost
Stáhnout Text práce Samira Hozeifi, Ph.D. 21.36 MB
Stáhnout Abstrakt v českém jazyce Samira Hozeifi, Ph.D. 187 kB
Stáhnout Abstrakt anglicky Samira Hozeifi, Ph.D. 138 kB
Stáhnout Autoreferát / teze disertační práce Samira Hozeifi, Ph.D. 9.7 MB
Stáhnout Posudek oponenta Mgr. Libor Krásný, Ph.D. 188 kB
Stáhnout Posudek oponenta Dr. Christian Lanctôt, Ph.D. 171 kB
Stáhnout Záznam o průběhu obhajoby 681 kB