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- URN to cite this document:
- urn:nbn:de:bvb:355-epub-553951
- DOI to cite this document:
- 10.5283/epub.55395
| Item type: | Thesis of the University of Regensburg (PhD) |
|---|---|
| Open Access Type: | Primary Publication |
| Date: | 2 September 2024 |
| Referee: | Prof. Dr. Markus Kretz |
| Date of exam: | 30 January 2024 |
| Institutions: | Biology, Preclinical Medicine > Institut für Biochemie, Genetik und Mikrobiologie |
| Keywords: | skin, epidermis, lncRNA, bivalency, NuRD |
| Dewey Decimal Classification: | 500 Science > 500 Natural sciences & mathematics |
| Status: | Published |
| Refereed: | Yes, this version has been refereed |
| Created at the University of Regensburg: | Yes |
| Item ID: | 55395 |
Abstract (English)
The epidermis is a stratified surface epithelium providing an effective barrier against environmental influences such as UV-radiation, pathogen invasion and mechanical injuries. To withstand these challenges and to maintain its functionality, respectively, the epidermis constantly renews itself. During this sophisticated process progenitor keratinocytes undergo a program of terminal ...
Abstract (English)
The epidermis is a stratified surface epithelium providing an effective barrier against environmental influences such as UV-radiation, pathogen invasion and mechanical injuries. To withstand these challenges and to maintain its functionality, respectively, the epidermis constantly renews itself. During this sophisticated process progenitor keratinocytes undergo a program of terminal differentiation resulting in flattened and annucleated cells that eventually shed from the epidermis.
As epidermal homeostasis is highly orchestrated in time and space, there is an extensive network of signaling pathways and transcriptional regulators controlling profound changes in gene expression. Furthermore, several long non-coding RNAs (lncRNAs) have been uncovered to be involved in this essential process but only few of them have been functionally characterized in human epidermal tissue. One of these lncRNAs was LINC00941 which was initially described as a negative regulator of keratinocyte differentiation, but this work sheds light on its mode of action on both transcriptional and post-transcriptional level.
We demonstrated that LINC00941 – a lncRNA with partial cytoplasmic localization – interacts with AGO2 as well as with miR-335-5p shown by Dual Luciferase Reporter assays. Correspondingly, a role of LINC00941 acting as a competitive endogenous RNA (ceRNA), which enables translation of miR-335-5p downstream mRNA targets, is suggested.
We also found that lncRNA LINC00941 regulates keratinocyte differentiation on an epigenetic level through interaction with the chromatin remodeler NuRD (Nucleosome Remodeling and Deacetylase). Chromatin immunoprecipitation (ChIP) sequencing of NuRD-associated MTA2 in LINC00941-deficient keratinocytes uncovered altered MTA2/NuRD occupancy at bivalent chromatin domains close to transcriptional regulators such as EGR3. EGR3 is a transcription factor that activates expression of early and late differentiation genes in human primary keratinocytes. Therefore, we could show that LINC00941/NuRD represses EGR3 expression in non- and poorly differentiated keratinocytes preventing premature onset of differentiation in human epidermal tissue.
Additionally, LINC00941 associates with transcription factor E2F6 – a suppressor of keratinocyte differentiation – suggested to regulate similar target genes as NuRD.
This implies a pleotropic mechanism of LINC00941 regulating gene expression on a global level through various transcriptional regulators.
In conclusion, we conducted an in-depth characterization of LINC00941-mediated modes of action. First results have gained insights on its putative role as ceRNA in cytoplasm providing translational regulation. Furthermore, our studies on LINC00941 altering MTA2/NuRD chromatin binding behavior have revealed its impact as modulator of transcription. Additionally, we could show interaction between LINC00941 and E2F6, thus, further analysis of LINC00941-dependent E2F6 activity might provide insights on another mechanism of LINC00941 regulating human epidermal homeostasis.
Translation of the abstract (German)
Bei der Epidermis handelt es sich um ein stratifiziertes Oberflächenepithel, das eine wirksame Barriere gegen UV-Strahlung, Krankheitserreger und mechanische Verletzungen bildet. Um diese Herausforderungen zu bewältigen bzw. um ihre Funktionalität zu erhalten, erneuert sich die Epidermis ständig. Während dieses anspruchsvollen Prozesses durchlaufen Vorläufer-Keratinozyten ein Programm der ...
Translation of the abstract (German)
Bei der Epidermis handelt es sich um ein stratifiziertes Oberflächenepithel, das eine wirksame Barriere gegen UV-Strahlung, Krankheitserreger und mechanische Verletzungen bildet. Um diese Herausforderungen zu bewältigen bzw. um ihre Funktionalität zu erhalten, erneuert sich die Epidermis ständig. Während dieses anspruchsvollen Prozesses durchlaufen Vorläufer-Keratinozyten ein Programm der terminalen Differenzierung, das zu abgeflachten und entkernten Zellen führt, die schließlich von der Epidermis abgestoßen werden.
Da die epidermale Homöostase zeitlich und räumlich hochgradig reguliert ist, gibt es ein umfangreiches Netzwerk von Signalwegen und Transkriptionsregulatoren, die tiefgreifende Veränderungen der Genexpression steuern. Darüber hinaus wurde aufgedeckt, dass mehrere lange nicht-kodierende RNAs (lncRNAs) an diesem wichtigen Prozess beteiligt sind, aber nur wenige von ihnen wurden im menschlichen Epidermisgewebe funktionell charakterisiert. Eine dieser lncRNAs war LINC00941, die ursprünglich als negativer Regulator der Keratinozytendifferenzierung beschrieben wurde. Diese Arbeit beschreibt jedoch zugrunde liegende Mechanismen auf transkriptioneller und auch auf posttranskriptioneller Ebene.
Es konnte gezeigt werden, dass LINC00941 - eine lncRNA mit teilweiser zytoplasmatischer Lokalisierung - sowohl mit AGO2 als auch mit miR-335-5p interagiert, was durch Dual Luciferase-Reporter-Assays nachgewiesen wurde. Dementsprechend wird eine Rolle von LINC00941 als kompetitive endogene RNA (ceRNA) vermutet, die die Translation von miR-335-5p downstream Ziel-mRNA ermöglicht.
Wir fanden außerdem heraus, dass die lncRNA LINC00941 die Keratinozytendifferenzierung auf epigenetischer Ebene durch Interaktion mit dem Chromatin-Remodeler NuRD (Nucleosome Remodeling and Deacetylase) reguliert. Die Sequenzierung von NuRD-assoziiertem MTA2 durch Chromatin-Immunpräzipitation (ChIP) in LINC00941-defizienten Keratinozyten ergab eine veränderte MTA2/NuRD-Bindung in bivalenten Chromatindomänen in der Nähe von Transkriptionsregulatoren wie EGR3. EGR3 ist ein Transkriptionsfaktor, der die Expression von Genen der frühen und späten Differenzierung in menschlichen primären Keratinozyten aktiviert. Daher konnte gezeigt werden, dass LINC00941/NuRD die Expression von EGR3 nicht und wenig differenzierten Keratinozyten unterdrückt und so den vorzeitigen Beginn der Differenzierung in menschlichem Epidermisgewebe verhindert.
Darüber hinaus assoziiert LINC00941 mit dem Transkriptionsfaktor E2F6 - einem Suppressor der Keratinozytendifferenzierung - von dem angenommen wird, dass er ähnliche Zielgene wie NuRD reguliert.
Dies deutet auf einen pleotropen Mechanismus von LINC00941 hin, der die Genexpression auf globaler Ebene durch verschiedene Transkriptionsregulatoren reguliert.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass wir eine eingehende Charakterisierung der von LINC00941 vermittelten Wirkungsweisen durchgeführt haben. Erste Ergebnisse geben Aufschluss über seine mutmaßliche Rolle als ceRNA im Zytoplasma, die für die Regulierung der Translation sorgt. Darüber hinaus haben unsere Studien zur Veränderung des MTA2/NuRD-Chromatinbindungsverhaltens von LINC00941 seine Wirkung als Modulator der Transkription aufgezeigt. Darüber hinaus konnten wir eine Interaktion zwischen LINC00941 und E2F6 nachweisen, so dass eine weitere Analyse der LINC00941-abhängigen E2F6-Aktivität Einblicke in einen weiteren Mechanismus der Regulierung der menschlichen epidermalen Homöostase durch LINC00941 geben könnte.
Metadata last modified: 02 Sep 2024 06:52
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