Structural and mechanistic studies of transcription elongation factor SPT6

Aiste Kasiliauskaite, Ph.D.

Doctoral thesis

Abstract:

Abstrakt Transkripce eukaryotických genů kódujících proteiny vyžaduje pohyb RNA polymerázy II (Pol II) podél chromatinu. Kombinace různých posttranslačních značek na Pol II, na jednotlivých histonech, nukleozomech a nukleozomálních doménách mají různou funkci a regulují přístupnost chromatinu pro různé transkripční a nukleozomové vazebné faktory. Ačkoli funkční, biochemická a strukturní data naznačují, že transkripční faktory a histonové chaperony mohou mít klíčovou roli v několika mechanisticky odlišných procesech, mechanismus, jak spolu tyto jednotlivé funkce souvisí, není doposud znám. Náš výzkum je zaměřen na transkripční elongační faktory a objasnění jejich funkcí. Disertační práce začíná teoretickým přehledem procesu transkripce a RNA polymeráz. Následuje popis elongace transkripce a transkripčních faktorů. Genomové uspořádání a histonové chaperony jsou zde popsány pro pochopení vzájemné dynamiky mezi chromatinem a Pol II. Zvláštní pozornost je věnována našemu hlavnímu objektu výzkumu - transkripčnímu elongačnímu faktoru a histonovému chaperonu Spt6. Experimentální část zahrnuje tři výzkumné články. Naše studie demonstrují důležitost N a C koncových částí Spt6, odkrývají autoregulační mechanismus a navrhují strukturní organizaci proteinu. Strukturní data poukazují na organizaci domén Spt6 a upevňují koncept regulace funkcí Spt6. Data prezentovaná v publikacích nabízí fundamentální mechanistický pohled na multifunkční chování Spt6 a jsou podstatné pro pochopení vzájemné dynamiky mezi Pol II a chromozomy. Navíc jsme ve spolupráci se skupinou Dea Slade (Max Perutz Labs, University of Vienna) objevili nového vazného partnera Pol II CTD PHF3. Disertační práci uzavírá obecná diskuze o prezentovaných publikacích spolu se závěry a shrnutím perspektivy pro danou oblast výzkumu.

Abstract:

Abstract Transcription of eukaryotic protein-coding genes requires a transfer of RNA polymerase II (Pol II) through chromatin. Combinations of various post-translational marks on Pol II, single histones, single nucleosomes, and nucleosomal domains reflect distinct functions and regulate chromatin accessibility landscape for different transcription and nucleosome binding factors. Although functional, biochemical, and structural data indicate transcription factors and histone chaperones as crucial players in several mechanistically distinct roles, the mechanisms that relate all those functions are unexplored. Our research is focused on transcription elongation factors and clarification of their functions. The doctoral thesis begins with a theoretical overview of the transcription process and RNA polymerases. It is followed by a description of transcription elongation and transcription factors. Genomic organisation and histone chaperones are characterised to represent the crosstalk between chromatin and Pol II. Special attention is paid to our main research object: transcription elongation factor and histone chaperone Spt6. The experimental part consists of three research articles. Our studies demonstrate the importance of N and C termini regions of Spt6, uncover the autoregulation mechanism, and propose the structural organisation of the protein. Structural bases of Spt6 indicate domain positions and consolidate the concept of Spt6 functions regulation. The data presented in the publications suggest a fundamental mechanistic insight into the multifunctional behaviour of Spt6 and have implications for the understanding of the crosstalk between Pol II and chromosomes. Moreover, in collaboration with Dea Slade group (Max Perutz Labs, University of Vienna), we discovered a new Pol II CTD binding partner PHF3. The doctoral thesis ends with a general discussion of the presented publications, along with the conclusions and future perspectives for the research area.

Keywords

Spt6,, transkripce,, elongace, RNA, polymeráza, II,, histonový, chaperon,, autoregulace,, transcription,, transcription, elongation,, polymerase, histone, chaperone,, autoregulation\

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 15. 6. 2022

Thesis defence

• Date of defence: 28. 6. 2022
• Supervisor: prof. Mgr. Richard Štefl, Ph.D.
• Reader: Prof. Dr. Tobias Madl, Ing. Václav Veverka, Ph.D., Mgr. Ondřej Gahura, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Life Sciences / Life Sciences