Funkční význam epigenetické modifikace H3K27me3 na rostlinných telomerových histonech

Bc. Veronika Rájecká

Master's thesis

Functional relevance of the H3K27me3 epigenetic mark at plant telomeric histones

Abstract:

Epigenetika je vědní obor studující změny exprese genů, obecně změny struktury chromatinu, které nesouvisí se změnami sekvence DNA, ale jsou realizovány např. kovalentními modifikacemi bází DNA a histonů. Těmto regulacím podléhají i telomery, nukleoproteinové struktury na koncích lineárních eukaryotických chromosomů s ochrannou funkcí. Telomerová repetice TTTAGGG je kanonickou repetitivní sekvencí u většiny rostlin včetně modelové rostliny Arabidopsis thaliana. Telomerové histony rostlin obsahují specifické epigenetické značky – euchromatinovou značku H3K4me3, heterochromatinovou značku H3K9me2 a modifikaci H3K27me3 typickou pro vývojově umlčené geny. Praktická část diplomové práce se věnuje studiu rostlin Arabidopsis thaliana s T-DNA inzercí v genech CLF a REF6. Tyto geny kódují H3K27 methyltransferasu a demethylasu, a tím se podílejí na regulaci hladiny epigenetické modifikace H3K27me3. Význam této modifikace pro správnou strukturu a funkci rostlinných telomer nebyl zatím objasněn. Ve třech následných homozygotních generacích mutantů clf a ref6 byla analyzována délka telomer, aktivita enzymu telomerasy a transkripce genu TERT kódujícího proteinovou podjednotku telomerasy, modifikace telomerových histonů a hladina telomerových transkriptů TERRA. Dále byla délka telomer, aktivita telomerasy a transkripce proteinové podjednotky telomerasy analyzována v kalusových kulturách odvozených ze třetí homozygotní generace mutantů. Zjistili jsme, že mezi rostlinami standardního typu a oběma typy mutantů nebyly výrazné změny ve sledovaných parametrech. U mutantních kalusových kultur bylo v porovnání se standardními kalusy pozorováno zvýšení aktivity telomerasy a transkripce proteinové podjednotky telomerasy, délka telomer se výrazně nelišila. Závěrem vyplývajícím z těchto studií tedy je, že porucha funkce enzymů zajišťujících (de)methylaci lysinu 27 na histonu H3 nemá zásadní vliv na stabilitu telomer v modelové rostlině Arabidopsis thaliana.

Abstract:

Epigenetics is focused on the study of changes of gene expression levels (generally changes of chromatin structure) which are not determined by the changes of the DNA sequence but are realized via e.g. covalent modifications of DNA and histones. Telomeres, nucleoprotein structures at the ends of linear eukaryotic chromosomes, are targets of these epigenetic regulations. Most of the plants, including model plant Arabidopsis thaliana, contain telomeric repetitive sequence TTTAGGG. Plant telomeric histones are decorated by specific epigenetic modifications associated with euchromatin (H3K4me3), heterochromatin (H3K9me2) and with silenced genes H3K27me3. In the experimental part of this diploma thesis, Arabidopsis thaliana plants with T-DNA insertion in CLF or REF6 genes were analysed. CLF and REF6 code for H3K27 methyltransferase and demethylase, respectively. Relevance of the H3K27me3 epigenetic modification for the proper structure and function of plant telomeres has not been studied yet. In three subsequent generations of clf and ref6 mutants length of telomeres, telomerase activity and transcription of the TERT gene coding for the protein subunit of telomerase, modifications of telomeric histones and levels of telomeric transcripts TERRA were analysed. Next, length of telomeres, telomerase activity and transcription of the TERT gene were analysed in callus cultures derived from the third homozygous generation of clf and ref6 mutants. No relevant changes in the studied parameters were found in mutant plants. Significant increase of telomerase activity and transcription of telomerase protein subunit was observed in mutant callus cultures in comparison with callus cultures derived from wild-type plants; meanwhile lengths of telomeres were comparable. We conclude, that changes in the activity of enzymes responsible for H3K27 (de)methylation did not significantly influence stability of telomeres in the model plant Arabidopsis thaliana.

Keywords

epigenetika, modifikace histonů, telomery, telomerasa, gen CURLY LEAF, gen RELATIVE OF EARLY FLOWERING 6, epigenetics, histone modifications, telomeres, telomerase, CURLY LEAF gene, RELATIVE OF EARLY FLOWERING 6 gene

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 15. 5. 2017

Thesis defence

• Date of defence: 8. 6. 2017
• Supervisor: prof. RNDr. Jiří Fajkus, CSc.

Masaryk University

Faculty of Science

Master programme / field:
Biochemistry / Genomics and Proteomics