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Bitte beziehen Sie sich beim Zitieren dieses Dokumentes immer auf folgende
URN: urn:nbn:de:bsz:25-opus-87937
URL: http://www.freidok.uni-freiburg.de/volltexte/8793/


Gärtner, Björn Christian

Tissue-specific analysis of chromatin and transcription during Drosophila development - gauging the predictive potential of chromatin

Gewebsspezifische Analyse von Chromatin und Transkription während der Embryonalentwicklung von Drosophila melanogaster

Dokument1.pdf (36.785 KB) (md5sum: aefe5106ce018852ef6c30b22a7995e7)

Kurzfassung in Englisch

While developmental gene expression programs are set up through the combinatorial action of site-specific transcription factors, there is evidence that the chromatin environment can guide and maintain cell fate decisions, and it is possible that the chromatin state of gene promoters contains predictive information for future gene expression. For example, promoters of developmentally regulated genes are often occupied by poised RNA polymerase II (Pol II) that has undergone transcription initiation without proceeding to productive transcription elongation. Poised genes are thought to be rapidly and synchronously induced upon receiving an appropriate signal, although how poised Pol II is regulated during development is currently unknown.
Similarly, in mammalian embryonic stem cells developmental genes tend to be associated with bivalent chromatin, defined by the co-occurrence of activating and repressive histone marks, which poise them for later expression.
To systematically test the idea that chromatin has predictive potential for future gene expression, we used genomics methods to analyze chromatin and transcription in muscle tissue at five time points of development.
We found that poised Pol II marks a distinct chromatin state: recruitment of poised Pol II is regulated during development, and its presence predicts gene expression in a stage-specific but not tissue-specific manner, suggesting that transcription elongation is held in check in a tissue-specific fashion. In contrast, Polycomb group (PcG) mediated repression, measured by histone H3 lysine 27 trimethylation, is tissue-specific and negatively predicts gene expression.
Genes marked by a combination of Pol II and H3K27me3, known as the balanced state, show particularly dynamic expression patterns, resembling mammalian bivalent domains. Interestingly, these findings also apply to murine embryonic stem cell differentiation and build a foundation for predicting development based on the chromatin state.


Kurzfassung in Deutsch

Obwohl allgemein angenommen wird, dass Genexpressionsprogramme durch die kombinatorische Aktivität sequenz-spezifischer Transkriptionsfaktoren etabliert werden, gibt es Hinweise darauf, dass auch die Chromatinumgebung Entscheidungen über das Zellschicksal lenken und unterstützen kann. Zudem besteht die Möglichkeit, dass der Chromatinzustand prädiktive Informationen für künftige Genexpression enthält. Beispielsweise sind die Promotoren von inaktiven, entwicklungsregulierten Genen oft von transkriptionsbereiter (“poised”) RNA Polymerase II (Pol II) eingenommen, welche bereits Transkriptionsinitiation erfahren hat, dann aber pausiert, ohne mit der produktiven Transkriptionselongation fortzufahren. Obwohl es zur Zeit noch unklar ist, wie poised Pol II während der Embryonalentwicklung reguliert ist, geht man davon aus, dass transkriptionsbereite Gene schnell und synchron induziert werden, sobald sie ein entsprechendes Signal erhalten. In ähnlicher Weise sind Entwicklungsgene in embryonalen Stammzellen von Säugern oft mit bivalentem Chromatin assoziiert, welches durch das gleichzeitige Vorhandensein von aktivierenden und repressiven Histonmodifikationen charakterisiert ist. Um systematisch zu untersuchen, ob Chromatin prädiktive Information für zukünftige Genexpression enthält, benutzen wir hier Methoden der Genomik, um Chromatin und Transkription in Muskelgewebe zu fünf verschiedenen Zeitpunkten der Enbryonalentwicklung zu untersuchen.
Unsere Ergebnisse zeigen, dass poised Pol II einen separaten Chromatinzustand darstellt: Die Rekrutierung von poised Pol II ist entwicklungsreguliert und prognostisch für stadiums-spezifische jedoch nicht gewebsspezifische Genexpression, was daraufhin deutet, dass der Transkriptionselongation in einer gewebsspezifischen Art und Weise entgegengewirkt wird. Im Gegensatz dazu ist Repression durch die Proteine der Polycomb-Gruppe, gemessen an Histon H3 Lysin 27 Trimethylierung (H3K27me3), ein gewebsspezifischer negativer Prädiktor von Genexpression.
Gene, die durch die Kombination von Pol II und H3K27me3 markiert sind (der sogenannte balancierte Zustand), zeichnen sich durch dynamische Genexpressionsmuster aus und ähneln bivalenten Domänen. Unsere Ergebnisse lassen sich auf die Differenzierung muriner embryonaler Stammzellen übertragen und bilden somit eine Grundlage für die Prädiktion von Entwicklungsprogrammen basierend auf dem Chromatinzustand.


SWD-Schlagwörter: Chromatin , Transkription <Genetik> , RNS-Polymerase II
Freie Schlagwörter (deutsch): Polycomb-Gruppen-Proteine , bivalente Domäne
Freie Schlagwörter (englisch): paused  Pol  II , chromatin  states , developmental  programs , Polycomb  repression
Institut: Institut für Biologie 1 (Zoologie)
Fakultät: Fakultät für Biologie
DDC-Sachgruppe: Biowissenschaften, Biologie
Dokumentart: Dissertation
Erstgutachter: Driever, Wolfgang (Prof. Dr.)
Sprache: Englisch
Tag der mündlichen Prüfung: 12.10.2012
Erstellungsjahr: 2012
Publikationsdatum: 06.11.2012
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