| License: Publishing license for publications including print on demand (10MB) |
- URN to cite this document:
- urn:nbn:de:bvb:355-epub-350362
- DOI to cite this document:
- 10.5283/epub.35036
| Item type: | Thesis of the University of Regensburg (PhD) |
|---|---|
| Open Access Type: | Primary Publication |
| Date: | 11 January 2017 |
| Referee: | PD Dr. Joachim Griesenbeck |
| Date of exam: | 20 December 2016 |
| Institutions: | Biology, Preclinical Medicine > Institut für Biochemie, Genetik und Mikrobiologie Biology, Preclinical Medicine > Institut für Biochemie, Genetik und Mikrobiologie > Lehrstuhl für Biochemie III Biology, Preclinical Medicine > Institut für Biochemie, Genetik und Mikrobiologie > Lehrstuhl für Biochemie III > Dr. Joachim Griesenbeck |
| Projects (Historical): | SFB 960 |
| Keywords: | rDNA, chromatin, stationary phase, Pol I, Rpd3, Rpa49, CF, Net1 |
| Dewey Decimal Classification: | 500 Science > 570 Life sciences |
| Status: | Published |
| Refereed: | Yes, this version has been refereed |
| Created at the University of Regensburg: | Yes |
| Item ID: | 35036 |
Abstract (English)
In the nucleus of eukaryotes DNA is assembled into a large nucleoprotein complex, called chromatin. Histones form the basic chromatin component, the nucleosome. Nucleosomes impair the access of proteins to DNA and may interfere with DNA-dependent processes such as transcription, replication and DNA repair. To make DNA accessible, chromatin has to be a highly dynamic structure. How genomic loci ...
Abstract (English)
In the nucleus of eukaryotes DNA is assembled into a large nucleoprotein complex, called chromatin. Histones form the basic chromatin component, the nucleosome. Nucleosomes impair the access of proteins to DNA and may interfere with DNA-dependent processes such as transcription, replication and DNA repair. To make DNA accessible, chromatin has to be a highly dynamic structure. How genomic loci adopt different functional states is still poorly understood. Thus, defined model loci are used to characterize chromatin transitions on the molecular level. One of these model loci is the ribosomal DNA locus in Saccharomyces cerevisiae (hereafter called yeast).
Transcription at the ribosomal DNA (rDNA) multicopy gene locus by RNA polymerase I (Pol I) and III (Pol III) accounts for more than 50% of the total RNA production in exponentially growing yeast cells. Although the Pol I transcribed 35S rDNA locus is one of the most actively transcribed loci in the whole genome, around half of the 35S ribosomal RNA (rRNA) genes adopt a nucleosomal, transcriptionally inactive, “closed” state, whereas the other half is in an actively transcribed and nucleosome depleted, “open” state. These states are not stable but change dynamically e.g. during the cell cycle, DNA repair, or growth phase transitions. The exact mechanisms driving these changes in 35S rDNA chromatin are still largely unknown.
When yeast cells transit to stationary phase Pol I transcription is downregulated and rRNA gene chromatin adopts a closed state. Whereas downregulation of RNA polymerase I transcription depends largely on the Tor pathway, the rDNA chromatin transition is dependent on the presence of the deacetylase Rpd3. This thesis showed that the maintenance of the open chromatin state in stationary phase in rpd3∆ cells is dependent on Pol I transcription. I provided evidence that Rpd3 might negatively influence Pol I initiation with transition to stationary phase at the level of the specific initiation factor CF (core factor) or via the Pol I stimulating factor Net1. Additionally, this thesis shows that the Pol I subunit Rpa49 is important for the fast and effective loading of Pol I and for the reopening of rDNA copies upon the transition from stationary phase to exponential growth.
From the results, I could propose a model for the chromatin state transitions upon entry and exit from stationary phase. I suggest, that upon exit from exponential phase, Pol I transcription is largely downregulated via the Tor kinase pathway, but a sufficient amount of transcription is still ongoing during the diauxic shift and at post-diauxic growth phase leading to the persistence of open copies. With transition to stationary phase, the deacetylase Rpd3 mediates the complete shutdown of Pol I transcription and thus closing of the copies. This process is potentially mediated via CF or Net1. Upon exit from stationary phase, Pol I transcription is re-established and this is accompanied by the transition of closed copies to the open chromatin state. The chromatin state transition is established even with low Pol I loading rates, but to achieve high Pol I transcription rates and fast chromatin state transitions, the subunit Rpa49 is required.
Translation of the abstract (German)
Im Zellkern von Eukaryoten liegt die DNA in einem Nukleoproteinkomplex, dem Chromatin vor. Die Hauptkomponenten des Chromatins sind Nukleosomen, die aus Histonproteinen und DNA gebildet werden. Die Assemblierung der DNA in Nukleosomen behindert den Zugang von Proteinen zur DNA und konkurriert mit DNA-abhängigen Prozessen wie Transkription, Replikation und DNA Reparatur. Um diese essentiellen ...
Translation of the abstract (German)
Im Zellkern von Eukaryoten liegt die DNA in einem Nukleoproteinkomplex, dem Chromatin vor. Die Hauptkomponenten des Chromatins sind Nukleosomen, die aus Histonproteinen und DNA gebildet werden. Die Assemblierung der DNA in Nukleosomen behindert den Zugang von Proteinen zur DNA und konkurriert mit DNA-abhängigen Prozessen wie Transkription, Replikation und DNA Reparatur. Um diese essentiellen Prozesse dennoch zu gewährleisten, muss sich die Chromatinstruktur dynamisch ändern. Wie genomische Loci verschiedene funktionelle Chromatinzustände annehmen, ist gegenwärtig nur teilweise verstanden. Daher werden verschiedene Modelloci genutzt, um Chromatinübergänge auf dem molekularen Level zu charakterisieren. Einer dieser Loci ist der ribosomale DNA (rDNA) Locus in Saccharomyces cerevisiae (nachfolgend Hefe genannt).
Die Transkription am ribosomalen DNA Multikopien-Locus durch RNA Polymerase I (Pol I) und RNA Polymerase III (Pol III) stellt über 50% der Gesamtproduktion an RNA in exponentiell wachsenden Hefezellen dar. Obwohl der Pol I transkribierte 35S rDNA Locus einer der aktivsten des gesamten Genoms ist, nehmen etwa die Hälfte der 35S ribosomalen RNA (rRNA) Gene einen transkriptionell inaktiven, mit Nukleosomen besetzten, sogenannten „geschlossenen“ Zustand ein, während sich die andere Hälfte in einem aktiv transkribierten, Nukleosomen-abgereicherten, offenen Chromatinzustand befindet. Diese Zustände gehen in speziellen Situationen (z.B. im Zellzyklus, bei DNA-Reparatur oder bei Wachstumsphasenübergängen) dynamisch ineinander über. Die molekularen Mechanismen, die diese Veränderungen des 35S rDNA Chromatins hervorrufen, sind weitgehend noch unbekannt.
Wenn Hefezellen in die stationäre Phase wachsen, wird die Pol I Transkription herabreguliert und die rRNA Gene nehmen den geschlossenen Chromatinzustand ein. Während das Herunterregulieren der RNA Polymerase I Transkription größtenteils vom Tor-Signaltransduktionsweg abhängt, wird für den Chromatinübergang der rDNA die Deacetylase Rpd3 benötigt. In dieser Arbeit konnte ich zeigen, dass die Erhaltung des offenen Chromatinzustandes in der stationären Phase in rpd3∆ Zellen von Transkription durch Pol I abhängig ist. Es konnten Hinweise erhalten werden, dass Rpd3 die Pol I Initiation während des Übergangs zur stationären Phase über den spezifischen Initiationsfaktor CF (Core Faktor) oder über den Pol I stimulierenden Faktor Net1 negativ beeinflussen könnte. Desweiteren konnte ich zeigen, dass die Pol I Untereinheit Rpa49 wichtig ist, um eine schnelle und effiziente Pol I Beladung und Öffnung der rDNA Kopien zu erreichen, wenn stationäre Hefezellen wieder in das exponentielle Wachstum übergehen.
Die in dieser Doktorarbeit erhaltenen Ergebnisse bilden die Grundlage für ein Modell der Etablierung von rDNA Chromatinzuständen, wenn Hefezellen in die stationäre Phase wechseln und danach wieder exponentiell zu wachsen beginnen. Ich schlage vor, dass mit dem Austritt aus der exponentiellen Wachstumsphase Pol I Transkription nach Inaktivierung des Tor-Kinase-Signaltransduktionsweges stark herabreguliert wird. Mit Voranschreiten zur stationären Phase vermittelt die Deacetylase Rpd3 - möglicherweise durch direkte Regulation der Faktoren CF oder Net1 - das komplette Abschalten der Pol I Transkription, was letztlich zum Schließen der noch offenen 35S rRNA Gen-Kopien führt. Der erneute Übergang in die exponentielle Wachstumsphase ist durch Rpa49-abhängige, hohe Pol I Beladungsraten der 35S rRNA Gene gekennzeichnet, die mit schnellen Übergängen in den offenen Chromatinzustand korrelieren.
Metadata last modified: 25 Nov 2020 21:45
Owner only: item control page
Download Statistics