| License: Publishing license for publications including print on demand (3MB) |
- URN to cite this document:
- urn:nbn:de:bvb:355-epub-272960
- DOI to cite this document:
- 10.5283/epub.27296
| Item type: | Thesis of the University of Regensburg (PhD) |
|---|---|
| Open Access Type: | Primary Publication |
| Date: | 7 June 2013 |
| Referee: | Prof. Dr. Gernot Längst |
| Date of exam: | 14 August 2012 |
| Institutions: | Biology, Preclinical Medicine > Institut für Biochemie, Genetik und Mikrobiologie > Lehrstuhl für Biochemie III > Prof. Dr. Gernot Längst |
| Keywords: | Epigenetic regulation, Cyprinus carpio, ribosomal cistron during the acclimatization process |
| Dewey Decimal Classification: | 500 Science > 570 Life sciences |
| Status: | Published |
| Refereed: | Yes, this version has been refereed |
| Created at the University of Regensburg: | Partially |
| Item ID: | 27296 |
Abstract (English)
Ribosomal RNA synthesis is the major transcriptional activity in a cell, required for ribosome biogenesis, and it is critical to ensure the supply of ribosomal RNA in order to meet the cellular needs for protein synthesis. Considerable evidence indicates that epigenetics is an important regulatory mechanism for this intricate process. In addition, cells must also have the ability to maintain ...
Abstract (English)
Ribosomal RNA synthesis is the major transcriptional activity in a cell, required for ribosome biogenesis, and it is critical to ensure the supply of ribosomal RNA in order to meet the cellular needs for protein synthesis. Considerable evidence indicates that epigenetics is an important regulatory mechanism for this intricate process. In addition, cells must also have the ability to maintain their functions by constantly sensing and adapting to environmental variations (homeostasis).
Seasonal acclimatization of the fish Cyprinus carpio (common carp) requires the implementation of complex molecular and cellular mechanisms to coordinate “phenotypic plasticity.” This process involves a reprogramming of gene expression, which in turn integrates the homeostatic response. Our laboratory has reported that in different cell types of the carp, the nucleolus undergoes a dramatic rearrangement of its molecular structure. During winter, fibrillar and granular components of the nucleolus are segregated and surrounded by a thick layer of heterochromatin, which is an ultrastructural feature accompanied by a transient repression of ribosomal RNA transcription. In contrast, this condition is reversed during the summer, and is associated with a recovery of active ribosomal biosynthesis. Thus, the process of seasonal adaptation in the carp certainly involves a fine modulation of the transcriptional activity of ribosomal genes (rDNA).
Recent studies on the regulation of ribosomal genes indicate that the numerous copies of rDNA are comprised of at least two distinct transcriptional states: active or silenced. The two states can be differentiated by their chromatin configuration and may require specific triggers to be interconverted. Thus, the use of epigenetic mechanisms to control chromatin architecture may represent an important strategy to modulate and switch the transcriptional activity of rDNA during seasonal adaptation.
In this context, the protein TTF-I has been described as playing a central role in the transcriptional modulation of ribosomal genes through its interaction with epigenetic modifiers, such as the nucleolar remodeling complex (NoRC), thus playing an active role in the silencing of rDNA transcription.
Most of the conclusions regarding regulatory mechanisms that control rRNA transcription have been proposed based on in vitro approaches. Thus, the natural cyclic modulation of rRNA transcriptional activity observed during carp acclimatization emerges as a valuable model towards studying the overall phenomenon in a living organism.
Therefore, the general purpose of this thesis consists in studying the epigenetic regulation of the ribosomal cistron during the acclimatization process of the Cyprinus carpio. Consequently, our hypothesis proposes that "The factor TTF-I and the chromatin remodeling complex NoRC contribute significantly to the negative regulation of transcriptional expression of rRNAs during the seasonal adaptation of Cyprinus carpio.”
Thus our results represent a first approach in epigenetic control involved in the expression of ribosomal genes in a natural context, where the factor TTF-I and NoRC complex play a fundamental role during the carp acclimatization process.
Translation of the abstract (German)
Der Großteil des transkriptionellen Aufwandes einer Zelle ist grundsätzlich der Synthese der ribosomalen RNAs (rRNAs) zuzuschreiben. Diese RNAs werden für die Ribosomen-Biogenese und somit für die Proteinbiosynthese benötigt. Somit ist es enorm wichtig den zellulären Bedarf an rRNAs zu decken. Bei sich ändernden Umwelteinflüssen muss die Zelle aber auch reagieren und sich, zum Beispiel durch ...
Translation of the abstract (German)
Der Großteil des transkriptionellen Aufwandes einer Zelle ist grundsätzlich der Synthese der ribosomalen RNAs (rRNAs) zuzuschreiben. Diese RNAs werden für die Ribosomen-Biogenese und somit für die Proteinbiosynthese benötigt. Somit ist es enorm wichtig den zellulären Bedarf an rRNAs zu decken. Bei sich ändernden Umwelteinflüssen muss die Zelle aber auch reagieren und sich, zum Beispiel durch Reduzierung der rRNA-Synthese, den gegebenen Verhältnissen anpassen können (Homeostasis). Zahlreiche Studien deuten darauf hin, dass die Epigenetik eine wichtige Rolle bei der Regulation dieses komplexen Prozesses spielt.
Ein Beispiel liefert die saisonale Akklimatisierung des gemeinen Karpens (Cyprinus carpio). Komplexe zelluläre Mechanismen ermöglichen und koordinieren seine „phänotypische Plastizität“. Unser Labor konnte kürzlich zeigen, dass sich die molekulare Struktur des Nukleolus in verschiedenen Zelltypen des Karpfens dramatisch mit den Jahreszeiten ändern kann. Dieser Anpassungsprozess führt unter anderem zu einer veränderten Expression verschiedenster Gene. Im Winter werden fibrilläre und granuläre Bestandteile des Nukleolus von einander separiert und gemeinsam mit Heterochromatin umfasst. Diese kompakte Ultrastruktur führt unter anderem zur transienten Repression der ribosomalen Gene. Im Sommer hingegen wird diese Struktur aufgelöst, was mit einer Aktivierung der ribosomalen Biogenese einhergeht. Daher wird die saisonale Adaption des Karpfens unter anderem durch Modulation und Regulation der transkriptionellen Aktivität der ribosomalen Gene (rDNA) gesteuert.
Studien deuten darauf hin, dass die zahlreichen rDNA-Kopien der Zelle in mindestens zwei transkriptionellen Zuständen - einem transkriptionell aktiven und einem transkriptionell passiven Zustand – vorliegen. Diese beiden Zustände, welche sich durch ihre Chromatin-Strukturen unterscheiden, können durch epigenetische Prozesse ineinander überführt werden. Mechanismen, welche die Architektur von Chromatin und damit die Transkription der rDNA-Gene beeinflussen, spielen daher möglicherweise eine wichtige Rolle bei der Anpassung des Karpfens an die jeweilige Jahreszeit. In diesem Zusammenhang konnte gezeigt werden, dass das Protein Transcription Termination Factor I (TTF-I) eine Schlüsselrolle in der transkriptionellen Modulation ribosomaler Gene einnimmt. Hierbei interagiert TTF-I mit epigenetischen Faktoren, wie dem nucleolar remodeling complex (NoRC), was zur Abschaltung der ribosomalen Gene führt. Bisher basiert der Grossteil der Erkenntnisse über die beteiligten Mechanismen allerdings auf in vitro-Befunden; die natürliche, zyklische Modulation der rDNA-Genaktivität während die Akklimatisation des Karpfens stellt daher ein wertvolles Modellsystem dar, um diese Prozesse im lebenden Organismus zu studieren.
Das Hauptaugenmerk dieser Dissertation liegt deshalb auf der Untersuchung der epigenetischen Regulierung ribosomaler Gene während des Akklimatisierungsprozesses von Cyprinus carpio.
Unsere Hypothese, dass sowohl TTF-I als auch der NoRC-Komplex bedeutend zur negativen Regulierung der Transkription der rDNA-Gene während der jahreszeitlichen Anpassung von Cyprinus carpio beitragen, hat sich durch die vorliegenden Ergebnisse bestätigt. Epigenetische Prozesse sind in diesem in vivo-Modell an der Regulation ribosomaler Gene beteiligt und die beiden untersuchten Faktoren TTF-I und NoRC spielen dabei eine fundamentale Rolle.
Metadata last modified: 26 Nov 2020 03:21
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