Roles of CDK11 in regulation of gene expression

Mgr. Milan Hluchý, Ph.D.

Doctoral thesis

Abstract:

Transkripce je úzce regulovaný proces zahrnující řadu enzymů s dynamickou vazbou na základní komplex RNA polymerázy II (RNApolII). Nově vznikající pre-mRNA obsahuje introny, které musí být vystřiženy spliceozomem. Sestřih probíhající souběžně s transkripcí musí být koordinován s putující RNApolII kvůli optimálnímu využití správného sestřihového místa. V překryvu obou procesů se nachází cyklin dependentní kináza 11 (CDK11), relativně neznámá transkripční cyklin dependentní kináza (CDK), která je spojována s fosforylací RNApolII a stimulací sestřihu. CDK11 je nepostradatelná pro růst buněk a byla označena jako onkogen v různých formách rakoviny u lidí. Tato práce shrnuje předchozí publikace o úlohách CDK11 při transkripci a sestřihu a poskytuje krátký přehled inhibitorů transkripčních CDK včetně OTS964, nového inhibitoru specifického pro CDK11. K práci jsou přiloženy dva vědecké články, které významně přispěly k objasnění funkcí CDK11, konkrétně regulace exprese histonových genů spojených s replikací (RDH) a regulace sestřihu prostřednictvím fosforylace proteinu SF3B1. CDK11 byla identifikována jako nový protein vázající RNA, jako RNApolII CTD kináza kontrolující elongaci transkripce RDH genů a jako faktor potřebný k aktivaci spliceozomů. Obě vědecké studie využily celogenomové experimenty podpořené in vitro a in vivo metodami za účelem objasnění funkcí CDK11 v buňkách.

Abstract:

Transcription is a tightly regulated process involving a multitude of enzymes dynamically interacting with the core complex of RNA polymerase II (RNApolII). Newly produced pre-mRNA contains introns which need to be spliced out by spliceosome. Co-transcriptional splicing has to be coordinated with progressing RNApolII for optimal utilization of correct splice sites. At the crossroads of both processes lies cyclin-dependent kinase 11 (CDK11), relatively unknown transcriptional cyclin dependent kinase (CDK), that was previously implied in phosphorylation of the RNApolII and stimulation of splicing. CDK11 is essential for cellular proliferation and was recognized as an oncogene in various human cancers. This thesis covers previously published literature about the roles of CDK11 in transcription and splicing and provides a short overview of inhibitors of transcriptional CDKs including OTS964, a novel CDK11-specific small molecule inhibitor. Two papers included in the thesis significantly contributed to the research of CDK11 functions, namely the regulation of expression of replication-dependent histone (RDH) genes and regulation of splicing by SF3B1 phosphorylation. CDK11 was shown to be a novel RNA-binding protein, RNApolII CTD kinase controlling the elongation step of transcription of RDH genes and a factor needed for the activation of spliceosomes. Both studies employed genome-wide experiments complemented with in vitro and in vivo methods to delineate cellular functions of CDK11.

Keywords

CDK11, cyklin\-dependentní kináza, CDK, RNAPII, RNApolII, RNA polymeráza II, históny závislé na replikaci DNA, FLASH, SF3B1, spliceozom, sestřih, transkripce, inhibitor, OTS964, cyclin\-dependent kinase, RNA polymerase II, replication\-dependent histone genes, spliceosome, splicing, transcription

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 21. 9. 2022

Thesis defence

• Date of defence: 20. 10. 2022
• Supervisor: Mgr. Dalibor Blažek, Ph.D.
• Reader: prof. Mgr. David Staněk, Ph.D., Stanislav Indik, PhD., Damien Hermand, PhD

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Life Sciences / Life Sciences