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Characterization of the cancer-associated short isoform of Tet1 in DNA replication

Hastert, Florian D. (2019)
Characterization of the cancer-associated short isoform of Tet1 in DNA replication.
Technische Universität Darmstadt
Dissertation, Erstveröffentlichung

Kurzbeschreibung (Abstract)

Almost all cells of a metazoan organism share the same genetic information but can differ highly in their function and phenotype. The transition from the same genotype to different phenotypes is mostly achieved by epigenetic mechanisms, including DNA base modifications. The most prominent and best studied DNA modification is 5-methylcytosine (5mC), which was implicated in transcriptional repression. The levels of 5mC are maintained on the newly synthesized DNA strand, to ensure its faithful inheritance during mitotic cell division. Oxidation of the 5mC by Tet dioxygenases, to 5-hydroxymethylcytosine (5hmC) and even further, can drastically change the epigenetic information transported by this modification and hence modulate gene expression and the overall phenotype of a cell. However, the exact regulation of Tet proteins and the putative cell cycle dependent inheritance of their oxidative products still is under investigation. In the present work, I therefore characterized the subnuclear distribution of different Tet proteins throughout the cell cycle and especially during S-phase and potential implications for cellular homoeostasis. I identified the recruitment of the short isoform of Tet1 (Tet1s), which is found to be overexpressed in different cancers, to sites of ongoing DNA replication in pericentric heterochromatin, which is rich in 5mC. I furthermore found that Tet1s localization during S-phase and also its catalytic activity is highly dependent on a conserved lysine residue. Moreover, I could show that Tet1 physically interacts with the E3 ubiquitin-ligase Uhrf1 and that the observed localization of Tet1s to sites of ongoing DNA replication in pericentric heterochromatin requires the presence of Uhrf1. Finally, I found that a breast cancer cell line that was shown to overexpress Tet1s, exhibits significantly changed 5mC and 5hmC levels, globally as well as in situ, in comparison to non-transformed breast epithelial cells. In summary, my findings contribute to the understanding of how the epigenetic information of every cell can be diversified by the regulation of Tet protein localization and their catalytic activity.

Typ des Eintrags: Dissertation
Erschienen: 2019
Autor(en): Hastert, Florian D.
Art des Eintrags: Erstveröffentlichung
Titel: Characterization of the cancer-associated short isoform of Tet1 in DNA replication
Sprache: Englisch
Referenten: Cardoso, Prof. Dr. M. Cristina ; Laube, Prof. Dr. Bodo
Publikationsjahr: 2019
Ort: Darmstadt
Datum der mündlichen Prüfung: 25 Januar 2019
URL / URN: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/8420
Kurzbeschreibung (Abstract):

Almost all cells of a metazoan organism share the same genetic information but can differ highly in their function and phenotype. The transition from the same genotype to different phenotypes is mostly achieved by epigenetic mechanisms, including DNA base modifications. The most prominent and best studied DNA modification is 5-methylcytosine (5mC), which was implicated in transcriptional repression. The levels of 5mC are maintained on the newly synthesized DNA strand, to ensure its faithful inheritance during mitotic cell division. Oxidation of the 5mC by Tet dioxygenases, to 5-hydroxymethylcytosine (5hmC) and even further, can drastically change the epigenetic information transported by this modification and hence modulate gene expression and the overall phenotype of a cell. However, the exact regulation of Tet proteins and the putative cell cycle dependent inheritance of their oxidative products still is under investigation. In the present work, I therefore characterized the subnuclear distribution of different Tet proteins throughout the cell cycle and especially during S-phase and potential implications for cellular homoeostasis. I identified the recruitment of the short isoform of Tet1 (Tet1s), which is found to be overexpressed in different cancers, to sites of ongoing DNA replication in pericentric heterochromatin, which is rich in 5mC. I furthermore found that Tet1s localization during S-phase and also its catalytic activity is highly dependent on a conserved lysine residue. Moreover, I could show that Tet1 physically interacts with the E3 ubiquitin-ligase Uhrf1 and that the observed localization of Tet1s to sites of ongoing DNA replication in pericentric heterochromatin requires the presence of Uhrf1. Finally, I found that a breast cancer cell line that was shown to overexpress Tet1s, exhibits significantly changed 5mC and 5hmC levels, globally as well as in situ, in comparison to non-transformed breast epithelial cells. In summary, my findings contribute to the understanding of how the epigenetic information of every cell can be diversified by the regulation of Tet protein localization and their catalytic activity.

Alternatives oder übersetztes Abstract:
Alternatives AbstractSprache

Nahezu alle Zellen eines metazoen Organismus besitzen die gleiche genetische Information, können sich jedoch in ihrer Funktion und ihrem Phänotyp stark unterscheiden. Der Übergang vom gleichen Genotyp zu verschiedenen Phänotypen wird hauptsächlich durch epigenetische Mechanismen, einschließlich verschiedener DNA-Basenmodifikationen erreicht. Die bekannteste und am besten untersuchte DNA-Modifikation ist 5-Methylcytosin (5mC), das an der Transkriptionsrepression beteiligt ist. Das 5mC-Muster wird während der S-Phase auf den neu synthetisierten DNA-Strang kopiert, um sicherzustellen, dass es während der mitotischen Zellteilung korrekt vererbt wid. Die Oxidation der 5mCMethylgruppe durch Tet-Dioxygenasen zu 5-Hydroxymethylcytosin (5hmC) und darüber hinaus, kann die durch diese Modifikation transportierten epigenetischen Informationen drastisch verändern und somit die Genexpression und den Gesamtmetabolismus einer Zelle modulieren. Die genaue Regulation von Tet-Proteinen und die Zellzyklus-abhängige Aufrechterhaltung ihrer oxidativen Produkte wirft jedoch noch viele Fragen auf. In der vorliegenden Arbeit habe ich daher die subnukleäre Verteilung verschiedener Tet-Proteine während des Zellzyklus und insbesondere während der S-Phase, sowie potenzielle Implikationen für die zelluläre Homöostase charakterisiert. Ich identifizierte die Rekrutierung der kurzen Isoform von Tet1 (Tet1s), die in verschiedenen Krebsarten überexprimiert wird, während der laufenden DNA-Replikation in perizentrischem Heterochromatin. Weiterhin fand ich, dass die Lokalisierung von Tet1 während der S-Phase und auch seine gerichtete katalytische Aktivität stark von einem konservierten Lysinrest abhängen. Außerdem konnte ich zeigen, dass Tet1 physisch mit der E3-Ubiquitin-Ligase Uhrf1 interagiert und dass die beobachtete Lokalisierung von Tet1s während der laufenden DNA-Replikation in perizentrischem Heterochromatin, die Anwesenheit von Uhrf1 erfordert. Schließlich konnte ich zeigen, dass eine Brustkrebszelllinie, die Tet1s überexprimiert, signifikant veränderte Level von 5mC und 5hmC sowohl global als auch textit in situ, im Vergleich zu nicht transformierten Brust-Epithelzellen, aufweist. Zusammenfassend tragen meine Erkenntnisse zum generellen Verständnis bei, wie die epigenetischen Information jeder Zelle durch die Regulation der Tet-Proteinlokalisierung und ihrer katalytischen Aktivität diversifiziert werden kann.

Deutsch
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-84201
Sachgruppe der Dewey Dezimalklassifikatin (DDC): 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 570 Biowissenschaften, Biologie
Fachbereich(e)/-gebiet(e): 10 Fachbereich Biologie
10 Fachbereich Biologie > Cell Biology and Epigenetics
Hinterlegungsdatum: 03 Mär 2019 20:55
Letzte Änderung: 03 Mär 2019 20:55
PPN:
Referenten: Cardoso, Prof. Dr. M. Cristina ; Laube, Prof. Dr. Bodo
Datum der mündlichen Prüfung / Verteidigung / mdl. Prüfung: 25 Januar 2019
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