| License: Creative Commons Attribution 4.0 (7MB) |
- URN to cite this document:
- urn:nbn:de:bvb:355-epub-381262
- DOI to cite this document:
- 10.5283/epub.38126
| Item type: | Thesis of the University of Regensburg (PhD) |
|---|---|
| Open Access Type: | Primary Publication |
| Date: | 10 December 2019 |
| Referee: | Prof. Dr. Michael Rehli |
| Date of exam: | 10 December 2018 |
| Institutions: | UNSPECIFIED |
| Interdisciplinary Subject Network: | Not selected |
| Research groups and research centres: | Not selected |
| Keywords: | Transkriptionsfaktor; PU.1; Chromatin Remodeling; |
| Dewey Decimal Classification: | 500 Science > 500 Natural sciences & mathematics 500 Science > 570 Life sciences |
| Status: | Published |
| Refereed: | Yes, this version has been refereed |
| Created at the University of Regensburg: | Yes |
| Item ID: | 38126 |
Abstract (English)
Transcription factors are defined through their ability to recognize and bind specific sequence motifs in genomic DNA. Such sequence motifs are very small compared to the length of the human genome, which is why there is a large proportion of non-functional motifs, where binding of a transcription factor is undesired. The myeloid and B cell-specific transcription factor PU.1 provides a ...
Abstract (English)
Transcription factors are defined through their ability to recognize and bind specific sequence motifs in genomic DNA. Such sequence motifs are very small compared to the length of the human genome, which is why there is a large proportion of non-functional motifs, where binding of a transcription factor is undesired. The myeloid and B cell-specific transcription factor PU.1 provides a well-suited model to study global dynamic binding processes. This transcription factor is a central regulator of hematopoietic cell differentiation and plays diverse roles in different hematopoietic lineages by regulating cell-type specific genes. How this master transcription factor gains access to its binding sites in the context of chromatin is only partially understood yet. Here, I analyzed its motif cooperativeness and epigenetic regulation and used a transient mRNA-transfection model to study the de novo binding of PU.1 in the lymphatic leukemia cell line CTV-1 that neither expresses PU.1 nor its related ETS-factors SPIB and SPIC. Introduction of PU.1 rapidly initiated a gene expression program (as measured by RNA-sequencing) dominated by myeloid genes which were correlated with PU.1 expression across hematopoietic lineages. ATAC-sequencing revealed extensive remodeling of the chromatin upon PU.1 expression, which was partially associated with the deposition of the histone modification H3K27ac and the enhanced expression of neighboring genes. De novo remodeled sites were significantly associated with clusters of PU.1 sites and/or higher motif scores, suggesting that homotypic binding sites and high affinity consensus sequences are responsible for a large fraction of de novo remodeled PU.1 binding sites. Moreover, shared sites between PU.1 and its ETS-family members ETS-1 and FLI-1 seemed to enhance PU.1’s chromatin remodeling capacity in the lymphoid cell line, likely by establishing novel ETS-dependent co-associations in less wide-open chromatin regions. PU.1 binding in pre-existing open chromatin, however, was predominantly found at single PU.1 binding sites with lower motif scores and many surrounding consensus motifs for other transcription factor families, including GATA and RUNX, which likely enable PU.1 binding at low affinity sites. Titration of PU.1 levels and the analysis of several deletion mutants showed that the efficient binding of PU.1 to de novo remodeled sites was dependent on PU.1 concentration, reduced in the absence of the glutamine-rich domain and even more diminished in the absence of the acidic domain, suggesting that the latter is required for accessing binding sites in closed chromatin. In vivo proximity-dependent biotinylation analysis (BioID) uncovered the association of PU.1 with several components of the SWI/SNF family of chromatin remodeling complexes, including ARID1A, SMARCD2 and SMARCA4 (BRG1) among others. These interactions were specifically lost in the PU.1 mutant lacking the acidic transactivation domain. In conclusion, we could show that the de novo binding of PU.1 to nuclear DNA induces rapid and marked changes in the chromatin landscape of the lymphatic CTV-1 cell line, which requires the acidic transactivation domain and its interaction with the SWI/SNF remodeling complex.
Translation of the abstract (German)
Transkriptionsfaktoren definieren sich durch ihre Fähigkeit spezifische Basenabfolgen in genomischer DNA zu erkennen und zu binden. Diese Sequenzmotive sind im Vergleich zur Länge des humanen Genoms erstaunlich klein, weshalb es für viele Transkriptionsfaktoren einen großen Anteil an nicht-funktionalen Motiven gibt, an denen ihre Bindung verhindert werden soll. Der myeloische und ...
Translation of the abstract (German)
Transkriptionsfaktoren definieren sich durch ihre Fähigkeit spezifische Basenabfolgen in genomischer DNA zu erkennen und zu binden. Diese Sequenzmotive sind im Vergleich zur Länge des humanen Genoms erstaunlich klein, weshalb es für viele Transkriptionsfaktoren einen großen Anteil an nicht-funktionalen Motiven gibt, an denen ihre Bindung verhindert werden soll. Der myeloische und B-zellspezifische Transkriptionsfaktor PU.1 stellt ein hervorragendes Modell zur Untersuchung globaler, dynamischer Bindungsprozesse dar. Dieser Transkriptionsfaktor ist ein zentraler Regulator während der hämatopoetischen Zelldifferenzierung und spielt durch seine Regulation von zelltypspezifischen Genen eine entscheidende Rolle in verschiedenen hämatopoetischen Zelllinien. Bisher ist nur wenig verstanden, wie dieser Master-Transkriptionsfaktor Zugang zu seinen Bindestellen im Kontext der Chromatinstruktur erlangt. Neben der Analyse seiner Motivkooperativität und der epigenetischen Regulierung, haben wir ein transientes mRNA-Transfektionsmodel verwendet, um seine de novo Bindung in der lymphatischen Leukämie-Zelllinie CTV-1 zu untersuchen. Diese Zelllinie exprimiert weder PU.1, noch seine Verwandten SPIB und SPIC der ETS-Familie. Die PU.1 Expression initiierte hier rasch ein spezifisches Genexpressionsprogramm, welches vor allem von myeloiden Genen dominiert wurde, die mit der PU.1-Expression in verschiedenen hämatopoetischen Linien korrelierten. ATACseq-Analysen enthüllten eine umfangreiche Umstrukturierung des Chromatins in Folge der PU.1-Expression, welche teils mit dem Vorhandensein der aktiven Histonmodifizierung H3K27ac, sowie mit der gesteigerten Expression benachbarter Gene assoziiert war. Umstrukturierte Regionen waren signifikant mit homotypischen PU.1 Bindestellen und/oder höheren Motiv-Scores assoziiert, was vermuten lässt, dass homotypische Bindestellen und hochaffine Konsensusmotive für eine große Anzahl der Bindeereignissen in diesen Regionen verantwortlich sind. Außerdem scheinen heterotypische Bindestellen zwischen PU.1 und seinen Verwandten der ETS-Familie ETS-1 und FLI-1, die Fähigkeit von PU.1, Chromatinstrukturen zu öffnen, zu verstärken, was möglicherweise durch neue ETS-abhängige Co-assoziationen in weniger offenem Chromatin vermittelt wird. Die Bindung an bereits offenes Chromatin jedoch, wurde hauptsächlich in PU.1-Regionen gefunden, welche mit niedrigeren Motiv-Scores und vielen benachbarten Konsensus-Motiven anderer Transkriptionsfaktorfamilien, wie GATA, RUNX und AP-1, assoziiert waren. Diese ermöglichen wahrscheinlich die Bindung von PU.1 an niedrigaffine Bindestellen. PU.1-Titrations-Experimente und die Analyse mehrerer Deletions-Mutanten haben gezeigt, dass die erfolgreiche Bindung an neue Bindestellen konzentrationsabhängig ist und dass PU.1-Mutanten mit fehlender Glutamin-reicher Domäne und noch stärker, mit fehlender saurer Domäne, den Zugang zu Bindestellen in geschlossenem Chromatin verlieren. Die in vivo Biotinylierung benachbarter Proteine (BioID) konnte zeigen, dass PU.1 mit verschiedenen Komponenten des SWI/SNF-Komplexes, wie zum Beispiel ARID1A, SMARCD2 und SMARCA4 (BRG1), assoziiert ist. Diese Interaktionen waren speziell in der PU.1-Mutante ohne die saure Domäne nicht zu detektieren. Zusammenfassend konnte also gezeigt werden, dass die de novo Bindung von PU.1 an seine Bindestellen in nukleärer DNA rasche und weitreichende Änderungen in der Chromatinstruktur von lymphatischen CTV-1 Zellen verursacht, welche durch die Interaktion seiner sauren Domäne mit dem SWI/SNF-Komplex vermittelt werden.
Metadata last modified: 25 Nov 2020 18:50
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