Neobvyklé telomery u rostlin

Mgr. Vratislav Peška, Ph.D.

Doctoral thesis

Unusual telomeres

Abstract:

Předkládaná disertační práce se zabývá neobvyklými telomerami rostlin. Telomery jsou fyzické nukleoproteinové konce lineárních chromozomů. Jejich úkolem je (i) kompenzovat ztrátu DNA v důsledku neúplné replikace, (ii) odlišovat chromozomové konce od dvouřetězcových zlomů, (iii) bránit neadekvátní rekombinaci a (iv) účastnit se regulace dělivého potenciálu buňky. Současný výzkum se soustředí na detailní vyjasnění epigenetické regulace telomer, kam patří modifikace telomerických proteinů histonového i nehistonového typu a jejich interakce s DNA i mezi sebou, regulace telomerázy a její pleiotropní účinky, a alternativní způsob udržování a prodlužování telomer (ALT) v rámci fyziologických i patologických procesů. Obvyklé telomery jsou (1) utvářeny kanonickou repetitivní sekvencí 5´-(TxAyGz)n-3´, (2) charakteristické přítomností jednořetězcových přesahů DNA tvořených G-bohatým vláknem a složitějších struktur typu telomerové smyčky (t-smyčky). Z hlediska struktury nukleoproteinového komplexu jsou charakteristické (3) konzervativní homologií funkčních domén telomerových proteinů. (4) Klíčovým rysem je telomerázový systém pro udržování délky terminálních sekvencí, který je založen na principu reverzní transkripce. Předkládaná dizertační práce se experimentálně zaměřila na dva rostlinné rody, které si na koncích chromozomů nesou neobvyklou a dosud neznámou telomerickou sekvenci, protože tyto taxony mohou být dobrým modelem studia selekce a evoluční fixace neobvyklých telomer a mechanizmů ALT v buňkách bez telomerázové aktivity. Výsledky experimentální části jsou rozděleny na dvě části. První část je tvořena nepublikovanými výsledky hledání telomerických sekvencí u obou rostlinných rodů metodou klonování hypotetických telomerových jednořetězcových přesahů DNA, oddělováním C0t-frakcí z genomové DNA a metodami GISH, FISH a Bal31 štěpením. Kandidátní telomerické sekvence pro oba rody byly získány, ale jejich skutečná telomerová funkce potvrzena nebyla. Druhá část výsledků je tvořena publikovanými daty ve dvou přiložených prvoautorských publikacích (Peska et al., 2008; Peska et al., 2011) a zahrnuje identifikaci proteinů u rodu Cestrum, kde byly popsány vlastnosti kandidátních zástupců rozeznávajících telomerickou jednořetězcovou DNA (CpPOT1-like, GenBank acc. no. EU826087) a dvouřetězcovou DNA (CpTBP1; telobox-like, GenBank acc. no. HM449069).

Abstract:

Proposed dissertation is focused on unusual telomeres in plants. Telomeres are nucleoprotein ends of linear chromosomes. Their main function is to (i) compensate for the loss of terminal DNA, (ii) distinguish native chromosome ends from double-stranded breaks, (iii) prevent inappropriate recombination, and (iv) participate in the regulation of cell cycle. Current research looks in detail into regulation of telomeres, e. g. modification of histone- or non-histone-like telomeric proteins and their interactions with DNA, regulation of telomerase and its pleotropic effects. Also alternative lengthening of telomeres (ALT) is studied intensively under physiological and pathological conditions. In current opinion, usual telomeres are (1) formed by sequences 5´-(TxAyGz)n-3´, (2) characterized by the presence of ssDNA overhangs formed by G-rich strand. This overhang enables complex structure, telomeric loops (t-loops). In terms of nucleoprotein complexes, (3) telomeres are conserved in homology inside functional domains of telomeric proteins. (4) Key role is played by telomerase system. The submitted dissertation is focused on plant genera, which carry an unknown telomeric sequences at the ends of chromosomes. These taxa can be models for studying the evolutionary selection of mechanisms enabling ALT in tumor cells. Results are divided into two parts. The first part consists of unpublished data of chasing telomeric sequences in the two plant genera by cloning of hypothetical overhangs, preparing C0t fractions of genomic DNA, GISH techniques, FISH and Bal31 test. The candidate telomeric sequences for both genera were obtained, but the real telomeric function has not been confirmed. The second part includes data published in two articles (Peska et al., 2008; Peska et al., 2011). The identification of proteins in the genus Cestrum, in which properties of candidates recognizing ss DNA (CpPOT1-like, GenBank acc. no. EU826087) and ds DNA (CpTBP1; telobox-like, GenBank acc. no. HM449069) were described.

Keywords

telomera, Cestrum, Allium, kladivník, cibule, chromozom

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 6. 5. 2011

Thesis defence

• Date of defence: 1. 7. 2011
• Supervisor: Mgr. Eva Sýkorová, CSc.
• Reader: prof. RNDr. Lubomír Tomaška, RNDr. David Honys, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Biology (4-years) / Molecular and Cellular Biology