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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.
Darmstadt, Technische Universität, [Ph.D. Thesis]

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Characterization of the cancer-associated short isoform of Tet1 in DNA replication
Language: English
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.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
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.German
Place of Publication: Darmstadt
Classification DDC: 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 570 Biowissenschaften, Biologie
Divisions: 10 Department of Biology
10 Department of Biology > Cell Biology and Epigenetics
Date Deposited: 28 Feb 2019 11:38
Last Modified: 09 Jul 2020 02:30
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-84201
Referees: Cardoso, Prof. Dr. M. Cristina and Laube, Prof. Dr. Bodo
Refereed: 25 January 2019
URI: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/8420
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