Epigenetikai összetevők szerepe embrionális őssejtek differenciációjában
Title in English
The role of epigenetic components in the differentiation of embrionic stem cells
Keywords in Hungarian
epigenetika, őssejtek, metiláció, hiszton
Keywords in English
epigenetics, stem cells, metilation, histones
Discipline
Cell biology and molecular transport mechanisms (Council of Medical and Biological Sciences)
70 %
Immunology (Council of Medical and Biological Sciences)
20 %
General biochemistry and metabolism (Council of Medical and Biological Sciences)
10 %
Panel
Cellular and Developmental Biology
Department or equivalent
Department of Biochemistry and Molecular Biology (University of Debrecen)
Starting date
2007-07-01
Closing date
2011-06-30
Funding (in million HUF)
12.158
FTE (full time equivalent)
2.04
state
closed project
Summary in Hungarian
A fehérjék argininmetilációja egy kevéssé jellemzett poszttranszlációs módosítás. Szentgyörgyi Albert vetette fel, hogy az arginin, lizin dimetiláció reaktív csoportok elleni védelmet biztosít a fehérjéknek.
Kutatási eredményeink szerint a fehérjék argininmetilációja kulcsszerepet játszik a génexpresszió szabályozásában. Kutatásainkban egy myeloid eredetű sejtvonal retinoidok általi differenciációja során kimutattuk, hogy a H4 hiszton argininmetilációja jelentősen fokozza a retinoid válaszkészségét.
Az emlős sejtek legjelentősebb fehérje arginin-metiltranszferáz enzime a PRMT1 (Protein Arginine Methyltransferase1). Arginin metiláció differenciációban betöltött szerepét egy olyan egér embrionális őssejt (ES sejtek) rendszerben tervezzük végezni, melyből egy inzerciós mutagenezis során kiütötték a PRMT1 gént.
A PRMT1-/- ES sejtek osztódni képesek de differeciálódni nem annak ellenére, hogy rendelkeznek az ES sejtekre jellemző markerekkel. Kísérleti megközelítésünkben a PRMT1-/- ES sejtekbe egy tet-operon kontrollált lentivirális rendszer segítségével humán PRMT1 enzimet expresszáló vektort illetve a katalitikusan inaktív formáját vinnénk be. A PRMT1 visszajuttatásával a differenciációs blokk áthidalható és egy HIV1-Luc reporter vektor segítségével a metilációs státusz nyomon követhető.
Az így felállt rendszer különös jelentőségét az adja, hogy az ES sejt differenciációja magreceptorok aktivátorai által több útvonal fele irányítható idegi iránytól, csont, vérképző irányon át egészen a zsírszövetig. Az argininmetiláció szerepének megismerése által ezen differenciációs útvonalak újabb szabályozási pontjait határozhatjuk meg és nyílik lehetőség a további beavatkozásra.
Summary
Methylation of arginine residues of the proteins is one of the least charachterized post-translational modification. An early hypothesis in the field raised by Albert Szent-Györgyi suggested that dimethylation of arginine and lysine residues protects proteins against reactive moieties.
We have found that arginine methylation plays a key role in the regulation of gene expression. Our studies indicate that in the retinoid driven differentiation of a myeloid cell line methylation of arginine residues on histone H4 is markedly increasing retinoid responsiveness.
The key arginine methyltransferase of mammalian cells is PRMT1 (Protein Arginine Methyltransferase1). We plan to study the role of arginine methylation in differentiation by using an embryonic stem (ES) cell line that was generated after mutation of PRMT1 by using insertional mutagenesis.
PRMT1 null ES cells divide normaly and although present markers of ES cells, they are unable to differentiate. In our experimental approach we plan to introduce the human PRMT1 enzime and its catalytic mutant into these ES cells by using a tet-operon controlled lentiviral system. By reintroducing PRMT1 we plan to bypass the block in the differentiation in a well controlled manner. The level of arginine methylation will be monitored by using a HIV1-Luc reporter vector.
Differentiation of ES cells by nuclear receptor ligands can be driven in a variety of directions from neural trough bone and hematopoetic till adipose direction. By understanding the role of arginine methylation in differentiation of ES cells we hope to find new regulatory foci of nuclear receptor driven differentiation pathways.
Final report
Results in Hungarian
Az elmúlt évek során a pályázat keretében részletesem vizsgáltuk, a PRMT1 és az arginin metiláció szerepét az őssejtek differenciációjában. Az elvégzett kísérletek szerint a PRMT1 hiányos egér embrionális őssejtek bár eltérnek a vad típusú őssejtektől, ez az eltérés nem jelenti a differenciációs képesség eltünését. Ez az eredmény ellentmond az eredetileg megfoglamazott hipotézisünknek és néhány publikált adatnak is. Ennek ellenére kiterjedt és alapos vizsgálataink szerint a PRMT1 hiányos sejtek képesek a három csíra vonal sejtdifferenciációs programjait végigjárni. Eredményeink alapján a fehérjék arginin metilációja PRMT1 hiányában jelentősen csökken és ez a hiány sejtszintű zavarokhoz vezethet (pl sejt migracio). Ez okozhatja a PRMT1 hiányos embrio pusztulását.
Results in English
During our studies we analysed in details the role of PRMT1 and arginine methylation in the differentiation of mouse embryonic stem cells. Based on the performed experiments we can conclude that, although PRMT1 null mouse embryonic stem cells show dstinct features from wild type embryonic stem cells, their differentiation capacity is not changed signifficantly. This result is contradicting our original hypothesis and some of the published data in the literature. Our results show that PRMT1 null cells can differentiate along all the three differentiation pathways. The methylation of proteins is significantly altered by the silencing of PRMT1 and this might cause changes on cellular level (e.g. migration). This effects might be responsible for the deat of PRMT1 null embryos.
