General biochemistry and metabolism (Council of Medical and Biological Sciences)
40 %
Ortelius classification: Molecular biology
Molecular genetics, reverse genetics and RNAi (Council of Medical and Biological Sciences)
40 %
Ortelius classification: Molecular genetics
Development, developmental genetics, pattern formation and embryology (Council of Medical and Biological Sciences)
20 %
Panel
Molecular and Structural Biology and Biochemistry
Department or equivalent
Department of Biochemistry and Molecular Biology (University of Szeged)
Starting date
2008-02-01
Closing date
2011-02-28
Funding (in million HUF)
27.996
FTE (full time equivalent)
2.70
state
closed project
Summary in Hungarian
Az eukarióták DNS-e kromatinnak nevezett komplex struktúrában található, melynek alapegysége a hiszton fehérje oktamerből és erre tekeredő DNS-ből álló nukleoszóma. A hiszton kód hipotézis szerint a hisztonok módosításai megváltoztatják a nukleoszómák kötési képességeit, így meghatározzák, milyen fehérjék képesek hozzájuk kötődni, ezáltal befolyásolva a gének transzkripciós aktivitását. E komplex szabályozási hálózat mélyebb megértéséhez arra van szükség, hogy szinkronizált genetikai rendszerben in vivo vizsgáljuk a módosítások megjelenésének sorrendjét, kölcsönhatásaikat és funkciójukat a génműködés során. A pályázatban felvázolt kísérletek célja a génexpressziót kísérő hiszton poszttranszlációs modifikációk idő- és térbeli változásainak, valamint funkciójának vizsgálata Drosophila-ban. A transzkripciót ekdizon hormon analóg alkalmazásával szinkronizáljuk, amely összehangolt génaktivációs kaszkádot indít be. Vizsgálni fogjuk a hiszton módosítások indukció utáni időbeli változásait ekdizon-válasz gének eltérő funkciójú régióiban. Meghatározzuk a vizsgált módosításokért felelős fehérjéket, és jellemezzük a kromatinnal és az RNS polII komplexszel mutatott kölcsönhatásaikat. A hiszton módosítások funkcionális hatásait az őket létrehozó enzimekre mutáns lárvák vizsgálatával határozzuk meg. Várakozásaink szerint ezek a kísérletek lehetőséget teremtenek egy átfogó modell megalkotásához, amely leírja a hiszton módositások dinamikus változásait és a génexpresszió szabályozásában betöltött funkcióit. Emellett hozzájárulnak azon egyre növekvő számú humán betegség jellemzéséhez, amelyek pathomechanizmusában a transzkripciós szabályozás hibája szerepet játszik.
Summary
In eukaryotes DNA can be found in a complex structure, called chromatin. Nucleosomes, hetero-octamers of histone proteins wrapped around by DNA, are the basic units of chromatin. The histone code hypothesis proposes that covalent posttranslational modifications (PTM) of histones alter the binding surfaces of nucleosomes, thereby influencing the recruitment of regulatory factors and control gene activity. To better understand the complex interplay of histone PTMs, it is necessary to study their order of appearance, interactions and functional role during various stages of gene activity in synchronized genetic systems in vivo. The current proposal aims to investigate the spatial and temporal pattern and functions of histone PTMs in Drosophila. Transcriptional activity will be synchronized by administering an ecdysone hormone analog which induces a cascade of synchronized gene expression changes. We will characterize the temporal changes of histone PTMs at ecdysone-responsive genes after induction by analyzing the presence of histone modifications at functionally different gene regions. The protein factors responsible for the observed PTMs will be determined and their recruitment to the chromatin template and co-operation with the transcriptional machinery analyzed. The functional effects of particular histone PTMs will be studied on larvae mutant for modifying factors. We anticipate that this study will enable us to create a comprehensive model that describes the dynamics and functional role of various histone PTMs during gene activity. The results could also be beneficial in the research of the growing number of human diseases in which transcriptional dysregulation is part of pathogenesis.
Final report
Results in Hungarian
Munkánkban két ekdizon indukálta gén, az Eip74EF és Eip75B ekdizon függő transzkripcióját befolyásoló epigenetikai mintázatokat vizsgáltuk. Jellemeztük e gének több promóterének aktivitását a harmadik lárvastádium során. Számos hiszton módosítást azonosítottunk a két gén különböző funkcionális régióiban, melyek közül öt módosítás dinamikáját, az azt létrehozó faktorokat, funkcionális hatásukat részletesen is jellemeztük. A H3K9 acetilációja ezeken a géneken jellemzően konstans, ennek ellenére ez a módosítás, melyről kimutattuk, hogy a SAGA komplex hozza létre, szükséges a két gén teljes indukciójához. További SAGA szabályozta gének vizsgálatával azt állapítottuk meg, hogy ez a módosítás a gének hozzáférhetőségét fokozhatja mind serkentő mind gátló faktorok számára. A H3K23 acetilációja a gének aktivációja során mutatható ki a két gén promóterein, így valószínűleg kritikus szerepet játszik azok szabályozásában. Kimutattuk, hogy ezt a módosítást a nejire/dCBP acetiltranszferáz hozza létre, melynek hiányában mindkét vizsgált gén transzkripciója csökkent mértékű. A H4K8, H4K12 és H4K16 acetilációja magasabb szintről közvetlenül a bábozódás előtti állapotban lecsökken. Kimutattuk, hogy a H4K8 acetilációját a gcn5 acetiltranszferáz végzi.
A H4K12 acetilációjáért az ATAC komplex felelős. Erről kimutattuk, hogy részt vesz az ekdizon bioszintéziséért felelős gének szabályozásában, így e komplex kétféle mechanizmuson keresztül is kifejti hatását az ekdizon indukálta génekre.
Results in English
In this study we examined the epigenetic mechanisms that influence the ecdysone dependent transcription of the Eip74EF and Eip75B ecdysone response genes. We characterized the activity of several of their promoters during the third larval instar and identified several covalent histone modifications on different functional regions of these genes. Five of these modifications were characterized in detail. Acetylation of H3K9 is constantly present on these genes. However, this modification, which we showed to be generated by the SAGA complex, is required for the complete activation of the two genes. By analyzing several other SAGA regulated genes we found that this modification increases the accessibility of genes for both stimulatory and inhibitory factors. H3K23 acetylation is characteristically established on the promoter regions of these genes during activation, thus might play a critical role in their regulation. We showed that this modification is catalyzed by the nejire/dCBP acetyltransferase, which is required for the full activation of both genes. The level of H4K8, H4K12 and H4K16 acetylation is decreased prior pupariation. We showed that acetylation of H4K8 is catalyzed by the gcn5 acetyltransferase. H4K12 is catalyzed by the SAGA complex. We showed that this complex participates in the regulation of genes of the ecdysone biosynthetic pathway, thus, this complex regulates the expression of ecdysone induced genes in two different ways.
Bodai L, Zsindely N, Kristo I, Gaspar R, Boros I.: Histone acetylation patterns upon ecdysone induced gene activation in Drosophila., 9th EMBL Conference: Transcription and Chromatin, Heidelberg, Germany, 2010
