Please use this identifier to cite or link to this item: http://doi.org/10.25358/openscience-1044
Authors: Papadopoulou, Thaleia
Title: Dual role of Med12 in PRC1-dependent gene repression & ncRNA-mediated transcriptional activation
Online publication date: 4-Nov-2016
Language: english
Abstract: Embryonic stem cells (ESCs) are cells derived from the inner cell mass of the blastocyst of the early-stage preimplantation embryo and constitute a unique cell population due to their capacity of self-renewal and differentiation. While self-renewal ensures the propagation of the stem cell population, with differentiation ESCs give rise to all three primary germ layers from which the tissues and organs of the developing embryo will be shaped. During this process, ESCs undergo stable changes in their epigenome that enables them to acquire new identities. Both in pluripotency and differentiation, ESCs are under a tight transcriptional program on the level of chromatin which controls the proper spatiotemporal gene expression. This epigenetic control requires the combinatorial action of gene-specific transcription factors (TFs), the general transcriptional machinery, ncRNAs and regulatory elements. In an attempt to understand how genes which code for lineage-specification programs get activated in early differentiation, we studied the epigenetic changes which they acquire from pluripotency to early differentiation. We focused on genes which are silenced in pluripotency by Polycomb group complexes (PcGs) and more specifically by the PRC1 complex. This complex via Ring1b which is an E3 ligase, decorates the histone H2A with an ubiquitin mark, H2AK119ub, a histone modification considered to be a hallmark of gene repression. PRC1-repressed genes get activated in early differentiation via the displacement of Ring1b by the H2AK119ub-interacting protein, Zrf1. In this study we explored how PRC1 establishes the silencing of key developmental genes in pluripotency. We provide evidence of the interplay between Ring1b and the subunit Med12 of the Mediator co-activator complex, which restricts the expression of those genes in mouse ESCs. A set of these genes, get activated in early differentiation by Med12 in complex with ncRNAs. This step requires the assembly of Med12 with an additional Mediator subunit, Cdk8, a remodeling event which relies on the recruitment of the latter by Zrf1. These findings contribute to a better understanding of how silencing by PRC1 is established in pluripotency and how this step sets the ground for the transition to early stem cell differentiation.
Embryonale Stammzellen werden aus der inneren Zellmasse der Blastozyste gewonnen. Aus ihnen entstehen durch Vermehrung und weitreichende Differenzierung die vielen Zelltypen und Gewebe, die zur Bildung eines vollständigen Lebewesens erforderlich sind. Während der Pluripotenz sind Stammzellen durch ein Transkriptionsprogramm gekennzeichent, welches die raumzeitliche Expression bestimmter Gene ermöglicht. Während der Differenzierung wird das Epigenom der Zellen umprogrammiert, sodass neue Transkriptionsprogramme enstehen. Die zugrundeliegende epigenetischen Regulationsmechanismen beinhalten die Funktionen von Transkriptionsfaktoren, der allgemeinen Transkriptionsmaschninerie und epigenetischen Komponenten wie etwa ncRNAs und Gen-Regulationselemente. Um zu verstehen wie Differenzierungs-relevante Gene aktiviert werden, wurden die epigenetischen Veränderungen untersucht, die vom Übergang der Pluripotenz zur frühen Differenzierungsphase auftreten. Dazu wurden primär Gene untersucht, die während der Pluripotenz durch die Polycomb group complexes (PRCs) und insbesondere den Polycomb-Komplex 1 (PRC1) abgeschaltet werden. PRC1 beinhaltet eine enzymatische Aktivität, die E3 Ubiquitin Ligase Ring1b, welche die Mono-ubiquitylierung des Histons H2A an dessen Lysine 119 katalysiert. Diese Histonmodifizierung wird mit einer Genabschaltung in Verbindung gebracht, allerdings wird die selbe Modifizierung auch durch das Protein Zrf1 gebunden, welches die Aktivierung des betreffenden Gens verursacht. In der vorliegenden Arbeit wurde untersucht wie PRC1 während der Pluripotenz Gene abschaltet, die für die Entwicklung essentiell sind. Es konnte diesbezüglich gezeigt werden, dass PRC1 und die Mediatorkomplex-Untereinheit Med12 gemeinsam an der Abschaltung dieser Gene beteiligt sind. Die Aktivierung derselben Gene während der Differenzierung erfolgt einerseits durch ncRNAs, welche mit Med12 interagieren, andererseits durch einen Umbau des Mediatorkomplexes. Die Rekrutierung von Zrf1 an genregulatorische Elemente bewirkt dabei eine Loslösung des PRC1 vom Mediatorkomplex und den gleichzeitigen Einbau der Cdk8 Untereinheit in den Mediatorkomplex. Damit wird der Mediatorkomplex in einen Transkriptions-unterstützenden Faktor umgewandelt. Zusammengenommen trägt die Arbeit zu einem besseren mechanistischen Verständis der PRC1-vermittelten Geneabschaltung und der Aktivierung von Polycomb-Genen bei.
DDC: 570 Biowissenschaften
570 Life sciences
Institution: Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department: Externe Einrichtungen
Place: Mainz
DOI: http://doi.org/10.25358/openscience-1044
Version: Original work
Publication type: Dissertation
License: in Copyright
Information on rights of use: https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Extent: 143 Seiten
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