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Molekulargenetische Analyse eines evolutionär konservierten Silencer-Elements aus dem murinen H19-Locus in Drosophila melanogaster

Schönfelder, Stefan

English Title: Molecular and genetic analysis of an evolutionarily conserved silencer element from the murine H19 locus in Drosophila melanogaster

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PDF, German
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Abstract

Die genomische Prägung (“Genomic Imprinting“) bestimmter Säugergene resultiert in ihrer allelspezifischen Expression. Die monoallelische Expression genomisch geprägter Gene wird durch ein Zusammenwirken cis-regulatorischer DNA-Elemente kontrolliert, zu denen differentiell methylierte Regionen, Chromatin-Insulators, Enhancer und Silencer zählen. Das murine H19-Gen ist einer der am intensivsten erforschten genomisch geprägten Loci. Eine zentrale Rolle in der monoallelischen Expression des H19-Gens spielt ein Silencer-Element, das die Repression des paternalen H19-Allels vermittelt. In transgenen Drosophila reprimiert der H19-Silencer die Transkription von assoziierten Reportergenen. Allerdings ist der molekulare Wirkungsmechanismus des H19-Silencers nicht bekannt. Der evolutionär konservierte Silencing-Mechanismus hat es ermöglicht, Drosophila melanogaster in dieser Arbeit als Modellsystem einzusetzen, um neue cis- und trans-wirkende Faktoren im Prozess des Gensilencings durch den H19-Silencer zu identifizieren. Durch einen genetischen Ansatz konnten Gene gefunden werden, deren Mutation zu einer verminderten Repression durch den H19-Silencer in Drosophila führt. Diese Gene kodieren Komponenten, die an der Etablierung und Aufrechterhaltung heterochromatischer Chromatinstrukturen beteiligt sind. Der Prozess des Gensilencings durch den H19-Silencer weist somit auf genetischer Ebene molekulare Gemeinsamkeiten mit der transkriptionellen Repression durch Heterochromatin auf. Dabei wurde die Rolle des stärksten genetischen Suppressors des H19-Gensilencings, Suppressor of Hairy wing, im Detail untersucht. In dieser Arbeit konnte auch gezeigt werden, dass die H19-Silencer-Region sowohl in transgenen Drosophila als auch in der Maus transkribiert wird. Die Expression eines RNAi-Transgens, das gegen die RNA der transkribierten H19-Silencer-Region gerichtet ist, führt zu einer Reduzierung der RNA-Menge und zu einem Verlust der transkriptionellen Repression eines Reportergens, das durch den H19-Silencer in Drosophila kontrolliert wird. Dieses Resultat führt zu der Schlussfolgerung, dass nichtkodierende RNAs aus der H19-Silencer-Region in dem Prozess der Repression durch den H19-Silencer eine zentrale Rolle spielen. In dieser Arbeit präsentierte Ergebnisse legen nahe, dass Gensilencing an einem transgenen H19-Locus in Drosophila durch ein Zusammenspiel nichtkodierender RNAs mit Heterochromatin-Komponenten vermittelt wird.

Translation of abstract (English)

Genomic imprinting results in a parent-of-origin dependent expression of a number of mammalian genes. The monoallelic expression of imprinted genes is regulated by a complex interplay of cis-regulatory elements, including differentially methylated regions, chromatin insulators, enhancers and silencers. One of the best-studied imprinted loci is the murine H19 gene. The paternal allele of H19 is repressed by a silencer element upstream of H19. In transgenic Drosophila, the H19 silencer element mediates the transcriptional repression of associated reporter genes. However, the molecular mechanism through which the silencer exerts its function remains elusive. As the function of the silencer element is conserved in evolution, Drosophila melanogaster could be used as a model system to identify new trans- and cis-acting factors in the process of H19 silencer mediated transcriptional repression. Using a genetic approach, mutations resulting in a relief of silencing through the H19 silencer in Drosophila could be identified. The corresponding genes encode components involved in the establishment and maintenance of heterochromatic chromatin structures. Thus, at the genetic level, H19 silencer mediated repression and heterochromatic gene silencing share some common components. In particular, the role of the strongest genetic suppressor of H19 gene silencing, Suppressor of Hairy wing, has been analyzed in detail. Furthermore, it could be demonstrated that the H19 silencer region is transcribed in both transgenic flies and in mouse. Remarkably, expression of an RNAi hairpin construct directed against the transcribed H19 silencer region in Drosophila relieves transcriptional repression of a H19 silencer controlled reporter gene. This derepression of reporter gene transcription correlates with a downregulation of the H19 silencer RNA, suggesting a role of the RNA in gene silencing at the H19 locus in Drosophila. Taken together, data presented in this thesis imply that gene silencing at a Drosophila H19 transgene is mediated by an interplay of nonconding RNAs and heterochromatin components.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Paro, Prof. Dr. Renato
Date of thesis defense: 11. April 2005
Date Deposited: 13. Apr 2005 08:48
Date: 2005
Faculties / Institutes: Service facilities > Center for Molecular Biology Heidelberg
Subjects: 570 Life sciences
Controlled Keywords: Taufliege, Silencer, Genetik
Uncontrolled Keywords: H19 , Genomische PrägungH19 , Imprinting
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