Authors:	Kaymak, Aysegul
Title:	Zrf1’s role in mESC differentiation and breast cancer progression
Online publication date:	19-Jul-2017
Language:	english
Abstract:	Zuotin-related factor 1 (Zrf1) has recently been identified as an epigenetic regulator of gene transcription. Upon a differentiation stimulus, Zrf1 facilitates the expression of its target genes via specifically binding to mono-ubiquitinated histone H2A and simultaneous displacement of PRC1 from chromatin. So far, Zrf1 was shown to primarily operate during differentiation into the neuronal lineage. As a multifunctional protein, Zrf1 plays a crucial role in carcinogenesis. Zrf1 is overexpressed in many cancers and was suggested to have an oncogenic role in cancer progression. Zrf1 provides leukemogenic potential in acute myeloid leukemia and it contributes to Ras-oncogene induced senescence through the INK4-ARF locus. In the present study, I elucidated a broader role for Zrf1 during during in vitro differentiation. Zrf1 depleted mESCs have defects in the generation of all three germ layers. I observed a particularly pronounced effect during mesoderm development and I was able to rescue the observed phenotype by re-expression of Zrf1 in Zrf1 knockdown cells. I found that Zrf1 plays a prominent role in cardiomyocyte differentiation and Zrf1 knockdown results in impaired beating function of cardiomyocytes in vitro. At the molecular level, Zrf1 plays an essential regulatory role for the expression of the first and second heart field related genes, thereby promoting faithful cardiomyocyte differentiation. Taken together, the function of Zrf1 needs to be considered when addressing molecular mechanisms of cardiovascular diseases. In addition to studying the function of Zrf1 during differentiation, I have studied the function of Zrf1 in breast invasive ductal carcinoma. Upon Zrf1 depletion, breast cancer cells increase their cell motility, decrease their cellular adhesion and are able to form organoid like structures in cell suspension. Hence, Zrf1 depleted cells can mimic the events during cancer metastasis in vitro. Zrf1 knockdown also contributes to hormone independent growth of cells which represents a phenotype that is observed in more aggressive forms of breast cancer. Zrf1 depletion disrupts the balance between anti-apoptotic and pro-apoptotic genes, thereby favoring cell survival and contributing to drug resistance. My data suggest that Zrf1 is a potential novel target to be explored for new treatment strategies in breast cancer, moreover it plays a critical regulatory role in the progression of breast invasive ductal carcinoma. Zuotin-related factor 1 (Zrf1) wurde vor kurzem als ein epigenetischer Regulator der Transkription beschrieben. Während der Zelldifferenzierung unterstützt Zrf1 die Gen-Expression durch ein spezifisches Binden an mono-ubiquitiniertes Histone H2A und gleichzeitiger Verdrängung der PRC1 Komplexe vom Chromatin. Bislang wurde gezeigt, dass Zrf1 hauptsächlich während der Zelldifferenzierung in die neuronale Linie beteiligt ist. Als ein multi-funktionales Protein spielt Zrf1 auch eine wichtige Rolle während der Krebsentstehung. Zrf1 ist in vielen Krebsarten überexpremiert und es wird vermutet, dass es eine Funktion in der Metastasierung hat. In akuter Leukämie spielt Zrf1 eine signifikante Rolle, und es trägt zur Ras-induzierten Seneszenz durch den INK4A-ARF locus bei. In der hier vorliegenden Arbeit wurde eine globale Analyse der Zrf1 Funktion während der In-vitro-Differenzierung vorgenommen. Zrf1-depletierte embryonale Maus-Stammzellen zeigen Defekte in der Formation aller drei Keimblätter. Es konnte gezeigt werden, dass insbesondere die Entwicklung des Mesoderms in Zrf1-Knockdown Zellen gestört ist. Die Ausbildung dieses Phänotyps konnte nach ektopischer Expression von Zrf1 in den Knockdown Zelllinien verhindert werden. Es konnte weiterhin gezeigt werden, dass Zrf1 eine essentielle Funktion während der Differenzierung von Kardiomyozyten einnimmt. Unter anderem zeigen Zrf1 Knockdown Zellen eine verminderte Schlagrate in vitro. Auf molekularer Ebene spielt Zrf1 eine wichtige regulative Rolle bei der Expression der Gene des ersten und zweiten Herzfelds. Zusammengenommen sollte in Zukunft die Funktion von Zrf1 berücksichtigt werden, wenn molekulare Mechanismen von kardiovaskulären Krankheiten untersucht werden. Weiterhin widmet sich die vorliegende Arbeit der Rolle von Zrf1 in invasivem Brustkrebs. Ein Zrf1 Knockdown in Brustkrebszellen bewirkt eine höhere Zellmobilität, eine verringerte Adhäsion und eine Ausbildung von Organoid-Strukturen. Ein Zrf1 Knockdown führt daher zu einer erhöhten Metastasierung in vitro und trägt ebenfalls zu einem Hormon-unabhängigen Wachstum der Zellen bei, einem Phänotyp den man gewöhnlich in aggresiven Formen des Brustkrebs findet. Eine Depletion von Zrf1 hebt die Balance der Expression von pro-apoptotischen und anti-apoptotischen Genen auf, wodurch es zu einem Überleben der Zellen und Resistenz gegenüber Medikamenten kommen kann. Daher stellt Zrf1 eine neues drug target dar, welches neue Behandlungsstrategien eröffnen könnte.
DDC:	570 Biowissenschaften 570 Life sciences
Institution:	Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department:	Externe Einrichtungen
Place:	Mainz
DOI:	http://doi.org/10.25358/openscience-2512
Version:	Original work
Publication type:	Dissertation
License:	in Copyright
Information on rights of use:	https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Extent:	176 Seiten
Appears in collections:	JGU-Publikationen