Telomery a telomeráza v rostlinách s hypometylovaným genomem

Bc. Pavla Polanská

Master's thesis

Telomeres and telomerase in plants with hypomethylated genome

Abstract:

Epigenetika studuje modifikace bází nukleových kyselin a histonů a jejich zapojení do regulace klíčových buněčných procesů. Mezi nejlépe prostudované modifikace patří metylace na uhlíku 5 cytosinu. V rostlinném genomu se 5-metylcytosin vyskytuje v symetrických (CG a CHG (H= A,T,C)) a asymetrických (CHH) sekvenčních motivech. Telomery jsou nukleoproteinové struktury na koncích eukaryotických chromozomů skládající se z krátkých repetitivních sekvencí. Telomery Arabidopsis thaliana a obecně většina rostlinných telomer, obsahují repetitivní sekvenci AAATCCC. Bylo prokázáno, že cytosiny rostlinných telomer mohou být metylované. Jedním z přístupů, jak studovat metylaci DNA, je její inhibice. Inhibici metylace můžeme provádět biochemicky nebo geneticky. Biochemický způsob inhibice je založen na ovlivnění aktivity metyltransferáz, enzymů, které katalyzují přenos metylové skupiny na cytosin. V této práci jsme se zabývali studiem působení hypometylačních činidel zebularinu a (S)-9(2,3dihydroxypropyl)adeninu na rostlinu Arabidopsis thaliana. U semenáčků, které klíčily v přítomnosti hypometylačních látek jsme pozorovali sníženou metylaci cytosinů v telomerových a centromerových repetitivních sekvencí; u dospělých rostlin, které byly pěstovány bez přítomnosti hypometylačních látek, se tyto parametry vracely na úroveň téměř srovnatelnou s kontrolními vzorky. Rostliny měly výrazně zkrácené telomery a tento fenotyp byl stabilně přenesen do další generace. Výsledky jsou diskutovány v souvislosti s analogickými experimenty na živočišných modelech a paralelní studií, která zkoumala metylaci a stabilitu telomerových sekvencí v metylačních mutantech A. thaliana.

Abstract:

The aim of epigenetics is to study modifications of nucleic acids and histone proteins and their involvement in crucial cellular processes. The best known epigenetic modification is methylation of cytosine. In plant genomes, methylated cytosines can be localized in symmetric (CG and CHG (H= A,T,C)) and non-symmetric (CHH) sequence contexts. Telomeres are nucleoprotein structures at the ends of liner eukaryotic chromosomes consisting of short repetitive sequences. Telomeres of Arabidopsis thaliana, and generally most of plant telomers, are composed of AAATCCC repetitive sequence and non-symmetrically located cytosines in these sequences can be methylated Inhibition of DNA methylation is a frequently used approach in epigenetic analyses. Inhibition may be induced by two ways: biochemically or genetically. Biochemical approaches are based on modulation of activity of DNA methyltransferases, enzymes catalyzing the transfer of methyl group to the cytosine residue. Here, we studied effects of hypomethylation drugs zebularine and (S)-9(2,3dihydroxypropyl)adenine on Arabidopsis thaliana plants. In seedlings germinated in the presence of hypomethylation agents, significantly lower level of methylated cytosines in telomeric and centromeric repetitive sequences was observed, while in adult plants which were grown without the drugs presence, the methylation was almost comparable to that in control samples. Telomeres of plants germinated in the presence of hypomethylation drugs were markedly shorter and this phenotype was stably transmitted to the progenies. Results are discussed in connection with data obtained using animal models and with the parallel experiment dealing with analysis of telomeric repeats methylation and stability in A. thaliana methylation mutants.

Keywords

metylace, metylcytosin, telomera, telomeráza, zebularin, DHPA

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 13. 5. 2013

Thesis defence

• Date of defence: 4. 6. 2013
• Supervisor: doc. Mgr. Miloslava Fojtová, CSc.

Masaryk University

Faculty of Science

Master programme / field:
Biochemistry / Analytical Biochemistry