Dissecting the impact of ATP-dependent ISW1-remodelers on transcriptional histone marks in Saccharomyces cerevisiae

Yang, Lingling (2026): Dissecting the impact of ATP-dependent ISW1-remodelers on transcriptional histone marks in Saccharomyces cerevisiae. Dissertation, LMU München: Faculty of Medicine

Abstract

Die Unversehrtheit der Chromatinstruktur ist entscheidend für eine korrekte Transkription. In der Knospen bildenden Hefe Saccharomyces cerevisiae spielt der ATP-abhängige Isw1-Remodeler eine zentrale Rolle bei der Erhaltung der Chromatinstruktur und der Regulierung der Transkription. Isw1 verhindert den Histonumsatz und unterdrückt die intragene kryptische Transkription. Isw1-Remodeler in der Hefe bildet zwei Komplexe: Isw1a, bestehend aus der katalytischen Untereinheit Isw1 und der einzigartigen Untereinheit Ioc3, und Isw1b, bestehend aus Isw1 zusammen mit Ioc2 und Ioc4. Es ist jedoch nach wie vor unklar, wie sich die Komponenten des Isw1-Remodelers gegenseitig beeinflussen. Es ist nicht vollständig geklärt, wie Isw1-Remodeler die mit der Transkription verbundenen Histonmarkierungen beeinflussen. In dieser Studie deuten meine Immunoblot-Ergebnisse darauf hin, dass Isw1 für die Aufrechterhaltung der Stabilität von Ioc3 und Ioc4 erforderlich ist, während die gleichzeitige Abreicherung von Ioc3 und Ioc4 die Chromatin-Rekrutierung von Isw1 beeinträchtigt, während seine zelluläre Stabilität nicht beeinträchtigt wird. Außerdem sind die zelluläre Stabilität von Ioc3 und Ioc4 unabhängig voneinander. Durch den Vergleich meiner ChIP-seq-Daten mit anderen Datensätzen aus dem Labor habe ich herausgefunden, dass Isw1a den Histonumsatz und die kryptische Transkription innerhalb von Genen verhindern kann. Im Gegensatz zu den bekannten Unterdrückungsfunktionen von Isw1 beim Histonumsatz in den Genkörpern verhindert Ioc3 den Histonumsatz an den 5'-Enden von Genen. Die Akkumulation der Histonvarianten H2A.Z, H3K4me2 und H3K4me3 steht in den ioc3∆- und isw1∆-Mutanten im Vergleich zum Wildtyp im Zusammenhang mit dem Histonumsatz, der besonders bei Genen mit erhöhten Antisense-Transkripten ausgeprägt ist. Die H2A.Z-Akkumulation reguliert die Antisense-Transkription positiv, wenn Isw1 und/oder Ioc3 unterbrochen werden, und die Unterbrechung von H2A.Z oder Swr1 kann die Antisense-Transkription in den isw1∆- und/oder ioc3∆-Mutanten unterdrücken. Im Gegensatz zu einer zufälligen Rolle von H2A.Z bei der Antisense-Transkription in den isw1∆- und ioc3∆-Mutanten ist die Akkumulation von H3K4me2 und H3K4me3 wahrscheinlich eine Folge der Transkription in diesen beiden Mutanten. Insgesamt zeigt diese Studie eine entscheidende Rolle von Isw1 bei der Aufrechterhaltung der Stabilität von Isw1a und Isw1b. Zum ersten Mal deuten meine Ergebnisse darauf hin, dass Isw1-Modeler die H2A.Z- Konzentration in den Genkörpern einschränken können, um die intragenische Transkription zu unterdrücken, wahrscheinlich durch eine erneute Einschränkung des Swr1-vermittelten H2A.Z-Einbaus in diesen Regionen. Darüber hinaus kann die Störung von Ioc3 und Isw1 zu Besetzungsänderungen in der H3K4-Methylation als Reaktion auf die Transkription führen.

Abstract

The integrity of chromatin structure is crucial for accurate transcription. In the budding yeast Saccharomyces cerevisiae, ATP-dependent Isw1 remodelers are pivotal in maintaining chromatin structure and regulating transcription. Isw1 prevents histone turnover and suppresses intragenic cryptic transcription. Yeast Isw1-remodelers form two complexes: Isw1a, consisting of the catalytic subunit Isw1 and the unique subunit Ioc3, and Isw1b, composed of Isw1 along with Ioc2 and Ioc4. However, it remains unclear how the subunits of Isw1 remodelers affect each other. Further, it is not fully understood how Isw1 remodelers influence transcription-associated histone marks. In my thesis research, I obtained results that indicate Isw1 is required for maintaining the stability of Ioc3 and Ioc4. In contrast, the simultaneous depletion of Ioc3 and Ioc4 impairs the chromatin recruitment of Isw1, with its cellular stability unaffected. Moreover, the cellular stability of Ioc3 and Ioc4 are independent. By comparing my ChIP-seq data with other datasets in my team, I found that Isw1a can prevent histone turnover and cryptic transcription within genes. In contrast to the known repression roles of Isw1 in histone turnover observed in gene bodies, my data reveal that Ioc3 prevents histone turnover at the 5' ends of genes. Accumulation of histone variant H2A.Z, H3K4me2, and H3K4me3 are associated with histone turnover in the ioc3∆ and isw1∆ mutants relative to wild-type. This is specifically pronounced at genes with increased antisense transcripts. Further, H2A.Z accumulation positively regulates antisense transcription when disrupting Isw1 and/or Ioc3, and disruption of H2A.Z or Swr1 can repress the antisense transcription in the isw1∆ and/or ioc3∆ mutants. In contrast to a casual role of H2A.Z in antisense transcription in the isw1∆ and ioc3∆ mutants, the accumulation of H3K4me2 and H3K4me3 is likely a consequence of transcription in these two mutants. Overall, my study reveals the critical role of Isw1 in maintaining the stability of Isw1a and Isw1b. My findings reveal that Isw1-remodelers can restrict H2A.Z levels in the gene bodies to repress intragenic transcription, likely through restricting the Swr1-mediated H2A.Z incorporation in these regions. Additionally, disruption of Ioc3 and Isw1 can lead to occupancy changes in H3K4 methylation in response to transcription.

• Item Type: Theses (Dissertation, LMU Munich)
• Keywords: Isw1-remodelers, transcription, transcriptional histone marks, Saccharomyces cerevisiae
• Subjects: 600 Technology, Medicine; 600 Technology, Medicine > 610 Medical sciences and medicine
• Faculties: Faculty of Medicine
• Language: English
• Date of oral examination: 19. March 2026
• 1. Referee: Ladurner, Andreas
• Signature of the printed copy: 0700/UMD 22793