Functional characterization of the novel lncRNA LINC00941 in tissue homeostasis and disease

URN zum Zitieren dieses Dokuments:: urn:nbn:de:bvb:355-epub-452362
DOI zum Zitieren dieses Dokuments:: 10.5283/epub.45236

Graf, Johannes

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Veröffentlichungsdatum dieses Volltextes: 15 Mrz 2022 07:12

Details

Dokumentenart:	Hochschulschrift der Universität Regensburg (Dissertation)
Open Access Art:	Primärpublikation
Datum:	15 März 2022
Begutachter (Erstgutachter):	PD Dr. Markus Kretz
Tag der Prüfung:	16 März 2021
Institutionen:	Biologie und Vorklinische Medizin > Institut für Biochemie, Genetik und Mikrobiologie
Stichwörter / Keywords:	Skin, lncRNA, non-coding RNA, Epidermis
Dewey-Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik > 570 Biowissenschaften, Biologie
Status:	Veröffentlicht
Begutachtet:	Ja, diese Version wurde begutachtet
An der Universität Regensburg entstanden:	Ja
Dokumenten-ID:	45236

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Zusammenfassung (Englisch)

Zusammenfassung (Englisch)

The skin with the epidermis provides the outermost effective barrier against environmental challenges such as pathogen invasion, UV-radiation, or prevention of extensive water loss. To fulfill its duties, the epidermis has to be constantly regenerated in order to maintain the protective function. During this highly elaborate process of epidermal rejuvenation, progenitor keratinocytes conduct a terminal differentiation program which is accompanied by a versatile expression of specific differentiation proteins and ultimately results in flattened anucleated cells that are embedded in an extracellular lipid layer.
In light of these profound alterations in gene expression, it is not surprising that epidermal homeostasis is controlled by an extensive network of signaling pathways and transcription factors. Recently, also the involvement of several long non-coding RNAs (lncRNAs) for this vital process has been uncovered. Several lncRNAs act as regulators of cellular homeostasis; however, few of these molecules were functionally characterized in a mature human epidermal tissue environment.
This work aims to characterize the lncRNA LINC00941 which was initially identified from full transcriptome sequencing of progenitor versus differentiated keratinocytes. LINC00941 is enriched in progenitor keratinocytes and acts as a repressor of keratinocyte differentiation upon onset of differentiation in both in vitro cultures as well as organotypic epidermal tissue and at the same time is increased in squamous cell carcinoma samples. Global RNA-sequencing ultimately proved the necessity of LINC00941 for a proper terminal differentiation program and hinted towards an epigenetic mechanism. This was further supported by the finding that LINC00941 appears to interact with the Nucleosome Remodeling Deacetylase (NuRD) complex indicating that LINC00941 might regulate expression of differentiation genes through modulation of activity or recruitment of this chromatin-remodeling complex. Additionally, Chromatin Isolation by RNA Purification (ChIRP) revealed various RNA occupancy sites of LINC00941 throughout the genome, highly similar to binding sites of the transcription factor family E2F.
Converse expression of LINC00941 during normal epidermal homeostasis and cutaneous squamous cell carcinoma (cSCC) progression hinted towards a role of LINC00941 during skin cancer development. Altered cell invasion as well as migratory potential mediated by LINC00941 further support the impact of LINC00941 in SCC progression. In conclusion, an in-depth characterization of the human LINC00941 has been conducted in epidermal homeostasis development. Additionally, first results have been gained for epidermal disorders including squamous cell carcinoma. Thus, further analysis of LINC00941 might provide insights into a common mode of action for normal epidermal development as well as for disorders of epidermal growth, differentiation, and regeneration including squamous cell carcinoma.

Übersetzung der Zusammenfassung (Deutsch)

Die Haut mit der Epidermis als äußerster Schicht schützt den humanen Organismus vor Umwelteinflüssen wie der Invasion von Pathogenen, UV-Strahlung oder dem Verlust von Flüssigkeit. Zur Erfüllung dieser Aufgaben muss die Epidermis beständig regeneriert werden. Während dieses hoch komplexen Vorgangs der epidermalen Zellerneuerung leiten Vorläuferkeratinozyten ein spezifisches terminales Differenzierungsprogramm ein. Gleichzeitig erfolgt eine Expression von spezifischen Differerenzierungsproteinen, welche letztendlich zur Ausbildung von stark agglutinierten, toten und abgeflachten Zellen führt, die in einer extrazellulärer Lipidschicht eingebettet sind.
Bei Betrachtung dieser Änderungen der Genexpression ist es nicht überraschend, dass die epidermale Homöostase durch ein umfangreiches Netzwerk von verschiedenen Signalwegen und Transkriptionsfaktoren reguliert wird. Kürzlich wurde auch die Beteiligung an diesen vitalen Prozessen von langen nicht-kodierenden RNAs (lncRNAs) entdeckt. Einige lncRNAs agieren als Regulatoren der zellulären Homöostase, wobei nur wenige dieser Moleküle in der humanen epidermalen Gewebehomöstase charakterisiert wurden.
Diese Arbeit zielt auf die Charakterisierung der bisher nicht charakterisierten lncRNA LINC00941 ab. Dieses Molekül wurde ursprünglich durch ein Hochdurchsatzsequenzierungsexperiment identifiziert, welches das Expressionsmuster von Vorläuferkeratinozyten mit dem differenzierter Keratinozyten verglich. LINC00941 ist in Vorläuferkeratinozyten angereichert und vermittelt sowohl in vitro als auch in organotypischen epidermalen Geweben eine repressive Wirkung bei der Keratinozytendifferenzierung. Gleichzeitig zeigt die lncRNA eine verstärkte Expression in Proben von Plattenepithelkarzinompatienten.
Die Analyse des globalen Expressionsmuster bestätigte schließlich die Notwendigkeit der lncRNA für ein angemessenes Differenzierungsprogramm und deutet gleichzeitig auf einen epigenetischen Mechanismus hin. Unterstützend zeigte sich, dass LINC00941 mit dem Nucleosome Remodeling Deacetylase (NuRD) Komplex interagiert. Zusammen deuten diese Ergebnisse darauf hin, dass LINC00941 die Expression verschiedener Differenzierungsgene durch Modulation der Aktivität oder Rekrutierung dieses Chromatin-remodellierenden Komplexes reguliert.
Zusätzlich konnte durch Chromatin Isolation by RNA Purification (ChIRP) gezeigt werden, dass LINC00941 verschiedene RNA-Bindungsstellen verteilt über das gesamte Genom besitzt, die hohe Ähnlichkeit zu Bindungsstellen der Transkriptionsfaktorfamilie E2F aufweisen.
Gegengleiche Expression von LINC00941 während der normalen epidermalen Homöostase und Plattenepithelkarzinomentwicklung deutet auf eine Rolle von LINC00941 während der Hautkrebsentwicklung hin. Unterstützend konnte eine durch LINC00941 vermittelte veränderte Invasion und Migration im Verlauf der Plattenepithelkarzinomentstehung observiert werden.
Zusammenfassend wurde eine ausführliche Charakterisierung der humanen lncRNA LINC00941 während der epidermalen Homöostase durchgeführt. Zusätzlich wurden erste Ergebnisse in epidermalen Erkrankungen wie dem Plattenepithelkarzinom gewonnen. Weitere Untersuchungen könnten Einblick in den genauen Wirkungsmechanismus sowohl für die normale epidermale Entwicklung als auch für verschiedene Störungen bei Wachstum, Differenzierung und Regeneration der Epidermis geben.

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