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The role of novel histone post-translational modifications in transcription
The role of novel histone post-translational modifications in transcription
Histone post-translational modifications (PTMs) are important players in chromatin regulation. While the majority of studies on histone modifications is centered on those located on the histone tails, here we focused on different modifications on the globular domain of histone H3. In this work, we aimed to study the poorly understood H3K122succ, characterize the role this modification plays in transcription and explore a possible synergistic effect between the acetylations of lysine 56, 64 and 122 on H3. In the first part of this work, we show that H3K122succ is enriched on active promoters and is associated with active gene transcription. We identified p300/CBP as the succinyltransferases responsible for its establishment and SIRT5 as a novel desuccinylase capable of removing H3K122succ. We demonstrate that, in vitro, chromatin enriched by H3K122succ transcribes more efficiently than unmodified chromatin, revealing that H3K122succ is not simply correlated with active transcription, but can directly stimulate it. Moreover, we show that H3K122succ destabilizes the nucleosome structure, leading to increased DNA accessibility. In the second part of this thesis, we compared the effects of H3K56ac, H3K64ac, H3K122ac and combinations of these acetylations in transcription. Our results confirm that all three acetylations, previously shown to be associated with active regulatory regions, stimulate transcription in vitro. In addition, combinations of these modifications lead to higher transcription. Furthermore, we identify sharp promoters as a subset of promoters regulated by these modifications. Our data suggests that the combinations of H3K56ac, H3K64ac and H3K122ac have an increased effect on genes regulated by sharp promoters comparing to the single H3 globular domain acetylations., Histon-posttranslationale Modifikationen spielen eine wichtige Rolle in der Chromatinregulierung. Während sich die Mehrheit der Studien auf N-terminale Histonmodifikationen konzentrieren, haben wir uns in dieser Dissertation auf verschiedene Modifikationen innerhalb der globulären Domäne von Histon H3 fokussiert. Das Ziel dieser Arbeit war es die bisher weniger erforschte Modifikation H3K122succ zu untersuchen und die Rolle dieser Modifikation bei der Transkription zu charakterisieren. Desweiteren untersuchen wir einen möglichen synergistischen Effekt auf die Transkription zwischen den H3 Acetylierungen von Lysin 56, 64 und 122. Im ersten Teil dieser Arbeit zeigen wir, dass H3K122succ an aktiven Promotoren angereichert ist und mit der aktiven Gentranskription assoziiert ist. Wir identifizierten p300/CBP als verantwortliche Succinyltransferasen für H3K122succ und SIRT5 als eine neuartige Desuccinylase, die in der Lage ist, H3K122succ zu entfernen. Wir zeigen, dass mit H3K122succ angereichertes Chromatin in vitro effizienter transkribiert wird als unmodifiziertes Chromatin. Dies zeigt, dass H3K22succ nicht nur mit der aktiven Transkription korreliert, sondern diese auch direkt stimulieren kann. Darüber hinaus demonstrieren wir, dass H3K122succ die Nukleosomenstruktur destabilisiert, was zu einer erhöhten Zugänglichkeit der DNA führt. Im zweiten Teil dieser Arbeit haben wir die Wirkungen von H3K56ac, H3K64ac, H3K122ac und Kombinationen dieser Acetylierungen auf die Transkription verglichen. Unsere Ergebnisse bestätigen, dass alle drei Acetylierungen von denen zuvor gezeigt wurde, dass sie mit aktiven regulatorischen Regionen assoziiert sind, die Transkription in vitro stimulieren. Darüber hinaus führen Kombinationen dieser Modifikationen zu einer höheren Transkription. Des Weiteren identifizieren wir „sharp promoters“ als eine Untergruppe von Promotoren, die durch diese Modifikationen reguliert werden. Unsere Daten legen nahe, dass die Kombinationen von H3K56ac, H3K64ac und H3K122ac einen erhöhten Effekt auf die Transkriptionlevel von Genen haben, die durch „sharp promoters“ reguliert werden, verglichen mit den einzelnen Acetylierungen der globulären H3-Domäne.
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Shahidian, Lara
2020
English
Universitätsbibliothek der Ludwig-Maximilians-Universität München
Shahidian, Lara (2020): The role of novel histone post-translational modifications in transcription. Dissertation, LMU München: Faculty of Biology
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Abstract

Histone post-translational modifications (PTMs) are important players in chromatin regulation. While the majority of studies on histone modifications is centered on those located on the histone tails, here we focused on different modifications on the globular domain of histone H3. In this work, we aimed to study the poorly understood H3K122succ, characterize the role this modification plays in transcription and explore a possible synergistic effect between the acetylations of lysine 56, 64 and 122 on H3. In the first part of this work, we show that H3K122succ is enriched on active promoters and is associated with active gene transcription. We identified p300/CBP as the succinyltransferases responsible for its establishment and SIRT5 as a novel desuccinylase capable of removing H3K122succ. We demonstrate that, in vitro, chromatin enriched by H3K122succ transcribes more efficiently than unmodified chromatin, revealing that H3K122succ is not simply correlated with active transcription, but can directly stimulate it. Moreover, we show that H3K122succ destabilizes the nucleosome structure, leading to increased DNA accessibility. In the second part of this thesis, we compared the effects of H3K56ac, H3K64ac, H3K122ac and combinations of these acetylations in transcription. Our results confirm that all three acetylations, previously shown to be associated with active regulatory regions, stimulate transcription in vitro. In addition, combinations of these modifications lead to higher transcription. Furthermore, we identify sharp promoters as a subset of promoters regulated by these modifications. Our data suggests that the combinations of H3K56ac, H3K64ac and H3K122ac have an increased effect on genes regulated by sharp promoters comparing to the single H3 globular domain acetylations.

Abstract

Histon-posttranslationale Modifikationen spielen eine wichtige Rolle in der Chromatinregulierung. Während sich die Mehrheit der Studien auf N-terminale Histonmodifikationen konzentrieren, haben wir uns in dieser Dissertation auf verschiedene Modifikationen innerhalb der globulären Domäne von Histon H3 fokussiert. Das Ziel dieser Arbeit war es die bisher weniger erforschte Modifikation H3K122succ zu untersuchen und die Rolle dieser Modifikation bei der Transkription zu charakterisieren. Desweiteren untersuchen wir einen möglichen synergistischen Effekt auf die Transkription zwischen den H3 Acetylierungen von Lysin 56, 64 und 122. Im ersten Teil dieser Arbeit zeigen wir, dass H3K122succ an aktiven Promotoren angereichert ist und mit der aktiven Gentranskription assoziiert ist. Wir identifizierten p300/CBP als verantwortliche Succinyltransferasen für H3K122succ und SIRT5 als eine neuartige Desuccinylase, die in der Lage ist, H3K122succ zu entfernen. Wir zeigen, dass mit H3K122succ angereichertes Chromatin in vitro effizienter transkribiert wird als unmodifiziertes Chromatin. Dies zeigt, dass H3K22succ nicht nur mit der aktiven Transkription korreliert, sondern diese auch direkt stimulieren kann. Darüber hinaus demonstrieren wir, dass H3K122succ die Nukleosomenstruktur destabilisiert, was zu einer erhöhten Zugänglichkeit der DNA führt. Im zweiten Teil dieser Arbeit haben wir die Wirkungen von H3K56ac, H3K64ac, H3K122ac und Kombinationen dieser Acetylierungen auf die Transkription verglichen. Unsere Ergebnisse bestätigen, dass alle drei Acetylierungen von denen zuvor gezeigt wurde, dass sie mit aktiven regulatorischen Regionen assoziiert sind, die Transkription in vitro stimulieren. Darüber hinaus führen Kombinationen dieser Modifikationen zu einer höheren Transkription. Des Weiteren identifizieren wir „sharp promoters“ als eine Untergruppe von Promotoren, die durch diese Modifikationen reguliert werden. Unsere Daten legen nahe, dass die Kombinationen von H3K56ac, H3K64ac und H3K122ac einen erhöhten Effekt auf die Transkriptionlevel von Genen haben, die durch „sharp promoters“ reguliert werden, verglichen mit den einzelnen Acetylierungen der globulären H3-Domäne.