Please use this identifier to cite or link to this item: http://doi.org/10.25358/openscience-1970
Authors: Ma, Shengyun
Title: Sirt6-dependent gene regulation of oncofetal gene loci in hepatocytes
Online publication date: 23-Feb-2016
Language: english
Abstract: Hepatocellular carcinoma (HCC), the primary malignant tumor of liver, represents the third leading cause of cancer-related deaths globally due to the lack of effective treatment options. Accumulating studies have revealed that SIRT6, a NAD+-dependent histone deacetylase, plays pivotal roles in liver-related disease and liver tumor formation. Genetic deletion of Sirt6 in mice develops a pro-oncogenic phenotype in the liver with dramatic elevation of oncofetal genes typical for HCC, such as Igf2, H19 and α-Fetoprotein (Afp). However, the underlying mechanisms regulating these genes remain unknown. For delineating the role of Sirt6 in the tumor-related phenotype, Sirt6 knockout mice model together with primary human hepatocytes and human hepatoma cells (Hep3B) were used in this study. The present study shows that Sirt6 suppresses the expression of these oncofetal genes. Functional analysis of the Igf2/H19 gene locus as a model showed that loss of Sirt6 causes nucleosome remodeling, altered chromatin loop, enhancer switch from the poised (enriched with H3K27me3 and H3K4me1) to active (enriched with H3K27ac and H3K4me1) by recruiting pioneer factors Foxa1 and Foxa2. Interestingly, these alterations establish a super-enhancer to drive H19 and Igf2 transcription. Moreover, Sirt6 deletion causes cytoplasmic translocation of Suz12, a core component of the Polycomb repressive complex 2 (PRC2), and weakens PRC2-mediated repression at the Igf2/H19 gene locus. Further analysis of Hep3B cells in relation to primary human hepatocytes indicated that this regulatory mechanism is relevant for human cancer development. Besides, this study also suggests the role of Sirt6 in hepatic differentiation. Sirt6 knockout leads to the increased expression of embryonic hepatoblast markers and the reduced transcription of adult hepatocytes markers. Correspondingly, this trend reversed when SIRT6 was overexpressed in Hep3B cells. Functional analysis of this regulatory mechanism at the Alb/Afp gene locus as a model showed that Sirt6 deletion causes epigenetic and genetic alterations, which induces Foxa2 switch from enhancer of Alb (hepatocytes marker) to Afp (hepatoblast marker). However, PRC2-mediated repression is not evident at these temporal enhancers. Altogether, in hepatocytes, loss of Sirt6 induces disruption of enhancer activity through genetic and epigenetic alterations, resulting in activation of a tumorigenic phenotype.
Das Hepatozelluläre Karzinom (Hepatocellular carcinoma, HCC), der häufigste bösartige Tumor der Leber, ist aufgrund eines Mangels an effektiven Behandlungsoptionen die weltweit dritthäufigste krebsbedingte Todesursache. Aktuelle Untersuchungen zeigen, dass SIRT6, eine NAD+-abhängige Histon-Deacetylase, eine zentrale Rolle bei Lebererkrankungen und der Entstehung von Lebertumoren spielt. Mäuse mit einer genetischen Deletion von Sirt6 entwickeln in der Leber einen pro-onkogenen Phänotyp mit einer drastischen Erhöhung onkofetaler Gene wie Igf2, H19 and α-Fetoprotein (AFP), welche für das HCC kennzeichnend ist. Dennoch verbleiben die zugrunde liegenden Mechanismen, wie diese Gene reguliert werden, unbekannt. Um die Rolle von Sirt6 im tumor-assoziierten Phänotyp zu charakterisieren, wurden in dieser Arbeit Hepatozyten aus Sirt6-defizienten Mäusen, primäre humane Hepatozyten und humane Hepatomzellen (Hep3B) verwendet. Die vorliegende Arbeit zeigt, dass Sirt6 die Expression onkofetaler Gene supprimiert. Die funktionellen Untersuchungen des Igf2/H19 Genlokus zeigen, dass der Verlust von Sirt6 durch die Rekrutierung der Pionierfaktoren Foxa1 und Foxa2 zu einer Umordnung von Nukleosomen mit veränderten Chromatinschleifen und einem „Enhancer switch“ einer H3K27me3 und H3K4me1 Anreicherung zur Akkumulation der Aktivierungsmarker (H3K27ac und H3K4me1) führt. Diese Veränderungen führen interessanterweise zur Etablierung eines Super-Enhancers, welcher die Transkription von H19 und Igf2 vorantreibt. Die Sirt6-Deletion führt darüber hinaus zu einer zytoplasmatischen Translokation von Suz12, einer Kernkomponente des PRC2-Komplexes (Polycomb repressive complex 2), und schwächt damit die PRC2-vermittelte Repression am Igf2/H19 Genlokus. Weitere Untersuchungen von Hep3B Zellen im Vergleich zu primären humanen Hepatozyten deuten darauf hin, dass dieser regulatorische Mechanismus für die humane Krebsentwicklung von Bedeutung ist. Zudem legt diese Arbeit auch eine Rolle von Sirt6 bei der hepatischen Differenzierung nahe. Der Sirt6-knockout führt zu einer erhöhten Expression embryonaler Hepatoblasten-Marker und einer reduzierten Transkription von Markern adulter Hepatozyten. Übereinstimmend damit zeigt sich ein umgekehrter Trend bei der Überexpression von SIRT6 in Hep3B Zellen. Funktionelle Untersuchungen dieses regulatorischen Mechanismus am Albumin/α-Fetoprotein Genlokus als Modell zeigen, dass die Sirt6-Deletion hier in epigenetischen und genetischen Veränderungen resultieren, welche Foxa2 dazu veranlassen vom Albumin- (Hepatozyten Marker) zum α-Fetoprotein-Enhancer (Hepatoblasten Marker) zu wechseln. Allerdings ist eine PRC2-vermittelte Repression an diesen temporalen Enhancern nicht erkennbar. Insgesamt führt der Verlust von Sirt6 in Hepatozyten durch genetische und epigenetische Veränderungen zu einer gestörten Enhanceraktivität, was in einem tumorigenen Phänotyp resultiert.
DDC: 570 Biowissenschaften
570 Life sciences
Institution: Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department: FB 04 Medizin
FB 10 Biologie
Place: Mainz
ROR: https://ror.org/023b0x485
DOI: http://doi.org/10.25358/openscience-1970
URN: urn:nbn:de:hebis:77-diss-1000002629
Version: Original work
Publication type: Dissertation
License: In Copyright
Information on rights of use: https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
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