Functional characterization of CDY family proteins and their role in recognition of the heterochromatic histone H3K9me3 modification

Die DNA einer eukaryotischen Zelle ist im Nukleus um Oktamere von Histonproteinen gewickelt, welche zwei H2A-H2B Dimere und ein (H3-H4)2 enthalten. Diese Einheit wird Nukleosom genannt und repräsentiert das basale, repetitive Element von Chromatin. Die N- und C-terminalen Enden der vier Histone ragen aus dem Nukleosom heraus und sind deswegen für posttranslationale Modifikationen (PTMs) frei verfügbar. Verschiedene PTMs einschließlich Methylierungen, Acetylierungen und Phosphorylierungen regulieren DNA-basierte Prozesse wie Transkription, Replikation und DNA Reparatur. Eine dieser Modifikationen ist die Trimethylierung von dem Lysin 9 in der Sequenz des Histons H3 (H3K9me3). H3K9me3 stellt ein Markenzeichen des Heterochromatins dar, welches dicht gepackt und weitgehend transkriptionell inaktiv ist und während der S-Phase spät repliziert wird. Die vorliegende Doktorarbeit charakterisiert eine Gruppe von Proteinen, die CDY (Chromodomäne auf dem Y Chromosom) Familie, als neue H3K9me3 Bindungsproteine. Das humane Genom beinhaltet drei CDY-verwandte Gene: zwei autosomale Gene, welche für die Proteine CDYL1 und CDYL2 kodieren und ein multiples Y-chromosomales Gen, welches die genetische Information für das CDY Protein bereitstellt. Die CDY-Proteine enthalten eine N-terminale Chromodomäne (CD) und eine C-terminale Region, welche einer Enoyl-CoA-hydratase (ECH) ähnelt. Interessanterweise hat das CDYL1 Gen drei verschiedene Spleißvarianten: CDYL1a, CDYL1b und CDYL1c. Dabei enthält CDYL1c im Gegensatz zu CDYL1a und b keine CD. Unter Verwendung von in vitro und in vivo Methoden wurde die Spezifität der Methyllysinbindung der CDY-Protein-internen CDs bestimmt. CDY und CDYL1b weisen danach spezifische Affinität für H3K9me3 auf, wobei CDYL2 mit vergleichbarer Affinität an verschiedene in ARK(S/T) Motive eingebettete trimethylierte Lysine von Histonproteinen bindet. Im Gegensatz dazu verhindern einige wenige Aminosäureveränderungen in der CD von CDYL1a, dass dieses Protein weder in vitro noch in vivo an H3K9me3 bindet. Dieses Bindungsdefizit konnte durch Mutationen von spezifischen Aminosäuren behoben werden. Die Ergebnisse aus diesen Studien ermöglichen den Schluss, dass CDs für die H3K9me3-Bindung zwar unerlässlich sind, allerdings nicht völlig ausreichen. In weiteren Experimenten wurde gezeigt, dass die Multimerisierung der ECH Domäne des Proteins ebenso wichtig für die Bindung an die heterochromatische Modifikation H3K9me3 ist. Damit übereinstimmend kann CDYL1c, welches wie beschrieben keine CD besitzt und nur eine ECH Domäne beinhaltet, CDYL1b vom Heterochromatin verdrängen. Basierend auf diesen Resultaten können wir spekulieren, dass CDYL1b durch die Vernetzung von H3K9me3 enthaltenden Regionen an der Ausbildung der kompakten Struktur von Heterochromatin beteiligt ist. CDYL1 kann Transkription mit seiner C-terminalen ECH Domäne repremieren. Es ist wahrscheinlich, dass diese Repression durch die Interaktion mit Histonedeacetylasen (HDAC1, HDAC2) oder dem Repressorkomplex CoREST erreicht wird. Interessanterweise konnte in der vorliegenden Doktorarbeit ein weiterer Interaktionspartner von CDYL1 identifiziert werden: PRMT5. PRMT5 ist eine Argininmethyltransferase und in vitro Experimente bestätigen, dass PRMT5 CDYL1 innerhalb des ARKQ Motivs methylieren kann. Das ARKQ Motiv wird auch von der Lysinmethyltransferase G9a modifiziert und benachbarte Serine tragen eine Mitose-abhängige Phosphorylierung. Diese Beobachtungen führen zu der These, dass diese verschiedenartig modifizierte Region in die Regulation von CDYL1-basierten Interaktionen involviert ist. Am Ende deuten Xenopus laevis Experimente (Überexpressionen und Herunterregulationen von CDYL1) darauf hin, dass CDYL1 eine bedeutende Rolle in der Entwicklung von Xenopus laevis spielt. Alles in allem, präsentiert diese Arbeit in vitro und in vivo Resultate, die beweisen, dass CDY Proteine basale heterochromatische Faktoren darstellen, welche H3K9me3 translatieren. Die Ergebnisse deuten dabei darauf hin, dass CDY Proteine an wichtigen epigenetischen Vorgängen in der Zelle beteiligt sind.

Author dc:creator

• Franz, Henriette

Contributors dc:contributor

• Fischle, Wolfgang Prof. Dr.
• Jäckle, Herbert Prof. Dr.
• Hoyer-Fender, Sigrid Prof. Dr.

• 570 Biowissenschaften, Biologie
• Biologie
• Chromatin
• Heterochromatin
• Methylation
• H3K9me3
• CDY
• CDYL1
• CDYL2
• 35.7
• W

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• https://creativecommons.org/licenses/by-nd/2.0/de/

Language dc:language

eng

Identifier

urn:nbn:de:gbv:7-webdoc-2341-8
webdoc-2341
618939490

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