Epigenetics and gene regulation (Council of Medical and Biological Sciences)
50 %
Cell genetics (Council of Medical and Biological Sciences)
30 %
Ortelius classification: Molecular genetics
Development, developmental genetics, pattern formation and embryology (Council of Medical and Biological Sciences)
20 %
Panel
Genetics, Genomics, Bioinformatics and Systems Biology
Department or equivalent
Institute of Genetics (HUN-REN Biological Research Centre Szeged)
Participants
Bajusz, Izabella Kozma, Gabriella Matusek, Tamás Mihály, József Molnár, Enikő Sipos, László Török, Tibor
Starting date
2008-04-01
Closing date
2011-08-31
Funding (in million HUF)
70.000
FTE (full time equivalent)
7.71
state
closed project
Summary in Hungarian
Összefoglalás
A posztgenomikus éra egyik legjelentősebb kihívása annak a kérdésnek a megválaszolása, hogy a soksejtű szervezetek zigótájából származó számos, egymástól különböző funkciójú sejttípus hogyan képes ugyanazt a génkészletet egészen különböző módokon felhasználni. A génkifejeződés szabályozásának egyik legfontosabb módja a kromatinszerkezet maradandó változásain keresztül valósul meg. Az epigenetikus szabályozás vizsgálatának rendkívül alkalmas modellrendszere a muslica bithorax komplexe (Bx-C). Ebben a komplexben enhanszereken és promótereken kívül aktív és inaktív állapotokat fenntartó modulok, határoló régiók, és a távoli enhanszereket specifikusan a célgénjeik promótereihez irányító szekvenciák egyaránt tanulmányozhatók. Ezen elemek működésének és együtthatásának a feltárása, ami jelen pályazatunk célja, jelentős mértékben hozzájárulhat nemcsak egy rendkívül összetett működésű génkomplex, hanem általában a magasabbrendű eukarioták génszerveződésének jobb megértéséhez, valamint ahhoz is, hogy a jövőben a nemkódoló DNS szekvenciák elemzésével az eddigieknél hatékonyabban lehessen azonosítani szabályozó régiókat. Mind a sztemsejtek jellemzőinek, mind a neoplasztikus transzformáció mibenlétének feltárása elválaszthatatlanul kapcsolódik ezekhez a kérdésekhez. Munkánk során korszerű vizsgálati módszerek elterjedését is elősegítjük, továbbá a hozzájárulunk egy komplex biológiai szemlélet kialakításához.
Summary
Summary
One of the main challenges of the post-genomic era is answering the question of how different cell lineages, deriving from the zygote of multicellular organisms, can utilize the same gene set in so many different ways. A powerful way of maintaining differential gene expression is through modifying stable conformations of chromatin structure. An outstandingly suitable model system for studying epigenetic regulation is the Drosophila bithorax complex (Bx-C). Bx-C contains, beside enhancers and promoters, modules maintaining either active or inactive chromatin states, boundary regions, and sequences responsible for targeting distant enhancers to their cognate promoters. Uncovering previously unknown aspects of the functioning of these elements and the interplay between them are the aim of the present proposal. These studies are likely to contribute significantly not only to the understanding of the staggeringly complex regulation of Bx-C, but, through this, to a better understanding of the gene regulation of higher eukaryotes in general. Moreover, such studies may ultimately lead to a better way of predicting regulatory regions by analyzing the sequence of noncoding DNA. The future of stem cell research, as well as understanding of neoplastic transformations, is tightly coupled to these issues. During our work we will adapt advanced research technologies, and the will contribute to forming a complex new way of thinking about gene regulation.
Final report
Results in Hungarian
Fontosabb eredmények
Kimutattuk, hogy a bithorax komplexben (Bx-C) a Polycomb Response Elementek (PRE-k), és a hozzájuk kapcsolódó Polycomb fehérjék nemcsak a cisz-regulátor régiók inaktív/zárt állapotának fenntartásában játszanak fontos szerepet, hanem az aktív/nyílt állapotú cisz-regulátorokban található enhanszerek hatásának modulálásában is. Ezt a hatás úgy fejti ki, hogy fizikailag a célgén promoteréhez kötődik.
Ezzel összefüggésben kimutattuk egy, a bxd PRE-vel részben átfedő Targetáló Elem (TE) jelenlétét. A TE a PRE-hez hasonlóan moduláris szerkezetű. Igazoltuk, hogy ez az elem nemcsak a PRE promóterhez való kőtődésében játszik szerepet, hanem részt vesz a bxd régióban található enhanszereknek az Ubx promótere köré való szervezésében, azaz az „acticve chromatin hub” kialakításában.
A TE ezt a funkcióját ektopikus környezetben, az iab-7 cisz regulátorban is megőrzi.
A PRE-től határoló elemmel elválasztott bxd enhanszerek ektopikus aktivitást mutatnak, amely mind fenotípus analízissel, mind markergén expressziójának követésével kimutatható.
Kinutattuk, hogy az ebi gén a Polycomb csoport génjei közé sorolandó, és a polyhomeotic génnel együtt az aktív állapotú cisz-regulátorokban fejti ki moduláló hatását. Kvantitatív RTPCR segítségével kimutattuk, hogy az Abd-B RNS mennyisége körülbelül duplájára nő polyhomeotic mutáns háttéren.
Results in English
We showed that Polycomb Response Elements (PREs) and Polycomb proteins bound to them play an important role not only in maintaining inactive/closed conformation of cis-regulatory elements in the bithorax complex, but they are also involved in modulating the regulatory output of enhancers in the active/open domains. This latter effect is mediated by direct physical contact between the PRE and the promoter – enhancer complex.
In connection with this we demonstrated the presence of a Targeting Element (TE) that partially overlaps with the bxd PRE. TE is, similarly to the PRE, modularly organized. We showed that this element is involved not only in targeting the PRE to the Ubx promoter, but also part of the machinery organizing the active chromatin hub around cognate promoter.
We also demonstrated that the TE maintains its activity in ectopic context, in the iab-7 cis-regulatory region.
Enhancers separated from the bxd PRE by a boundary region exhibit ectopic activity, as revealed by both phenotypic analysis and by monitoring the expression pattern of a marker gene.
We identified the ebi gene as an unusual Polycomb group member, which, similarly to the polyhometic gene, participates in the modulation of enhancer output of active cis-regulatory regions. Using quantitative RTPCR we showed that the amount of the Abd-B RNA is doubled in polyhomeotic mutant background.
