The role of the histone variant macroH2A in the regulation of chromatin architecture

Tesi realitzada a l'Institut de Recerca contra la Leucèmia Josep Carreras

Detalles Bibliográficos
Autor: Corujo Garcia, David
Tipo de recurso: tesis doctoral
Estado:Versión publicada
Fecha de publicación:2019
País:España
Institución:CBUC, CESCA
Repositorio:TDR. Tesis Doctorales en Red
OAI Identifier:oai:www.tdx.cat:10803/668540
Acceso en línea:http://hdl.handle.net/10803/668540
Access Level:acceso abierto
Palabra clave:Epigenètica
Epigenética
Epigenetics
Cromatina
Chromatin
Histones
Histonas
Ciències Experimentals i Matemàtiques
575
id ES_aa9776e0c0ba2a2e6db4e9cfc45e6cd9
oai_identifier_str oai:www.tdx.cat:10803/668540
network_acronym_str ES
network_name_str España
repository_id_str
dc.title.none.fl_str_mv The role of the histone variant macroH2A in the regulation of chromatin architecture
title The role of the histone variant macroH2A in the regulation of chromatin architecture
spellingShingle The role of the histone variant macroH2A in the regulation of chromatin architecture
Corujo Garcia, David
Epigenètica
Epigenética
Epigenetics
Cromatina
Chromatin
Histones
Histonas
Ciències Experimentals i Matemàtiques
575
title_short The role of the histone variant macroH2A in the regulation of chromatin architecture
title_full The role of the histone variant macroH2A in the regulation of chromatin architecture
title_fullStr The role of the histone variant macroH2A in the regulation of chromatin architecture
title_full_unstemmed The role of the histone variant macroH2A in the regulation of chromatin architecture
title_sort The role of the histone variant macroH2A in the regulation of chromatin architecture
dc.creator.none.fl_str_mv Corujo Garcia, David
author Corujo Garcia, David
author_facet Corujo Garcia, David
author_role author
dc.contributor.none.fl_str_mv Buschbeck, Marcus,
Corominas, Montserrat (Corominas Guiu)
Universitat de Barcelona. Facultat de Biologia
dc.subject.none.fl_str_mv Epigenètica
Epigenética
Epigenetics
Cromatina
Chromatin
Histones
Histonas
Ciències Experimentals i Matemàtiques
575
topic Epigenètica
Epigenética
Epigenetics
Cromatina
Chromatin
Histones
Histonas
Ciències Experimentals i Matemàtiques
575
description Tesi realitzada a l'Institut de Recerca contra la Leucèmia Josep Carreras
publishDate 2019
dc.date.none.fl_str_mv 2019
2020
2020
dc.type.none.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
info:eu-repo/semantics/publishedVersion
format doctoralThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.none.fl_str_mv http://hdl.handle.net/10803/668540
url http://hdl.handle.net/10803/668540
dc.language.none.fl_str_mv Inglés
language_invalid_str_mv Inglés
dc.rights.none.fl_str_mv http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
info:eu-repo/semantics/openAccess
rights_invalid_str_mv http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv 198 p.
application/pdf
application/pdf
dc.publisher.none.fl_str_mv Universitat de Barcelona
publisher.none.fl_str_mv Universitat de Barcelona
dc.source.none.fl_str_mv TDX (Tesis Doctorals en Xarxa)
reponame:TDR. Tesis Doctorales en Red
instname:CBUC, CESCA
instname_str CBUC, CESCA
reponame_str TDR. Tesis Doctorales en Red
collection TDR. Tesis Doctorales en Red
repository.name.fl_str_mv
repository.mail.fl_str_mv
_version_ 1869416195118071808
spelling The role of the histone variant macroH2A in the regulation of chromatin architectureCorujo Garcia, DavidEpigenèticaEpigenéticaEpigeneticsCromatinaChromatinHistonesHistonasCiències Experimentals i Matemàtiques575Tesi realitzada a l'Institut de Recerca contra la Leucèmia Josep CarrerasIn the eukaryotic cell nucleus, DNA is tightly wrapped around histone complexes, forming a dynamic structure known as chromatin. The nucleosome particle is the basic repeating unit of the chromatin fiber and its protein core is composed of the so-called core histones: H2A, H2B, H3 and H4. Depending on the cellular and genomic context, replication-coupled histones can be exchanged by histone variants. The bulk of the cellular histone pool is composed of "canonical" or replication-coupled histones, but a smaller fraction is constituted by histone variants, that diverge to different extents in their primary sequence from their replication-coupled counterparts. The replacement of replication-coupled core histones by histone variants provides chromatin with specific characteristics and can influence all functions occurring on the chromatin template including transcription and DNA repair. MacroH2A histones are the most divergent histone variants in terms of sequence and structure when compared to its replication-coupled counterpart: in addition to an N-terminal histone fold, they contain a highly basic and unstructured linker region and a large macro domain in the C-terminus. The linker protrudes outside of the compact histone core of the nucleosome placing the macro domain in a very accessible position. There are three different macroH2A proteins in vertebrates: macroH2A1.1, macroH2A1.2 and macroH2A2. Differences in the sequence of the macrodomain provoke changes in the size and hydrophobicity of the macrodomain pocket. The macrodomain of macroH2A1.1 is able to bind and, in some contexts, inhibit the activity of the enzyme poly-ADP-ribose polymerase 1 (PARP1). Multiple studies have implicated macroH2A proteins in development, cellular differentiation, somatic cell reprogramming and cancer. In general, macroH2A histones are considered to be stabilizing epigenetic factors that correlate with differentiated states, but the precise molecular mechanism by which they act on chromatin and their role in transcriptional regulation is still a complex and incomplete picture. The aim of my PhD has been to characterize the role of the group of macroH2A histone variants in chromatin organization and transcription. In the first part of this study, we studied the role of macroH2A in the nuclear organization of chromatin in HepG2 cells, revealing that macroH2A removal results in a global loss of heterochromatin organization. We found that a fraction of macroH2A is enriched in H3K9me3-marked heterochromatin and is necessary for maintaining the higher-order organization of repetitive elements and their attachment to lamin B1. In the second part of this study, we aimed to characterize the molecular mechanisms and domain requirements of the function of macroH2A in chromatin dynamics and organization. All macroH2As can suppress DNA damage-induced chromatin expansion. MacroH2A1.1 has the strongest effect which reflects its capacity to inhibit PARP1, while the highly basic linker region of all macroH2As can limit chromatin expansion to a lesser degree in a PARP1-independent manner. Moreover, the macroH2A2 linker is essential and sufficient to maintain H3K9me3-marked heterochromatin architecture. Finally, we wanted to describe the changes in the transcription and phenotype of cells in a cancer model that depend on the presence of macroH2A. HepG2 cells lacking macroH2A expression have an increased colony formation and migratory capacity. Transcriptomic profiling of tumors derived from HepG2 cells shows significant gene expression changes that depend on macroH2A, which includes deregulation of genes related to cellular adhesion, development, hypoxia and inflammation. This includes the upregulation of the cancer-promoting gene DKK1, which is rendered sensitive to activation in response to inflammatory TNFα signaling in the absence of macroH2A. In conclusion, our results identified a major function for macroH2A in heterochromatin organization and identified two distinct mechanisms by which macroH2A histones can affect chromatin dynamics. In addition, loss of macroH2A results in transcriptional changes relevant in a cancer context. We suggest that stabilization of chromatin structures by macroH2A could provide a mechanism to explain its contribution to stable cell states.En el nucli eucariòtic l’ADN es troba embolicat al voltant d’un complex proteic d’histones, formant la unitat estructural bàsica de la cromatina: el nucleosoma. En contextos cel·lulars i genòmics específics, les histones que formen part del nucleosoma es poden intercanviar per variants d’histona, que difereixen en seqüència i estructura de les formes “canòniques” i proporcionen característiques específiques a la cromatina que poden afectar processos com la transcripció o la resposta a dany de l’ADN. Les histones macroH2A són variants de la histona macroH2A que es caracteritzen per una estructura tripartida: a més d’un domini histona en N-terminal, contenen una regió connectora que sobresurt del nucli proteic del nucleosoma i posiciona de manera accessible un domini macro globular. Diversos estudis han implicat les histones macroH2A en el desenvolupament, la diferenciació cel·lular, la reprogramació i el càncer. En general, es considera que actuen com a elements estabilitzadors de l’epigenoma, però els mecanismes moleculars darrera d’aquest paper no estan ben definits. L’objectiu de la meva tesi ha estat caracteritzar el paper de les histones macroH2A en la organització de la cromatina i la regulació. Mitjançant estudis de pèrdua de funció en cèl·lules HepG2, hem determinat que macroH2A és essencial per la organització de l’heterocromatina i en particular manté l’estructura d’elements genòmics repetitius i la seva interacció amb la lamina nuclear. També hem identificat un paper de la regió connectora, carregada positivament, en la limitació de l’expansió de la cromatina en resposta a dany de l’ADN i en el manteniment d’estructures heterocromàtiques. Finalment, l’estudi transcripcional de tumors derivats de cèl·lules HepG2 revela canvis transcripcionals dependents de macroH2A rellevants en el context del càncer. En concret, l’absència de macroH2A provoca una sobreexpressió del gen DKK1, associat a diferents tipus de càncer, i permet la seva activació davant estimulació inflamatòria amb TNFα. En conclusió, aquest estudi revela un paper essencial de la histona macroH2A en la organització nuclear i proporciona evidències per un mecanisme molecular novell que implica la regió connectora de la proteïna. Addicionalment, l’absència de macroH2A provoca canvis transcripcionals rellevants en el context del càncer, en concret la sobreexpressió de DKK1. Proposem que l’estabilització d’estructures de cromatina per part de macroH2A pot proporcionar un mecanisme pel seu paper observat en mantenir estats transcripcionals i de diferenciació cel·lular estables.Universitat de BarcelonaBuschbeck, Marcus,Corominas, Montserrat (Corominas Guiu)Universitat de Barcelona. Facultat de Biologia202020202019info:eu-repo/semantics/doctoralThesisinfo:eu-repo/semantics/publishedVersion198 p.application/pdfapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/10803/668540TDX (Tesis Doctorals en Xarxa)reponame:TDR. Tesis Doctorales en Redinstname:CBUC, CESCAInglésL'accés als continguts d'aquesta tesi queda condicionat a l'acceptació de les condicions d'ús establertes per la següent llicència Creative Commons: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/info:eu-repo/semantics/openAccessoai:www.tdx.cat:10803/6685402026-06-14T12:46:07Z
score 15.300724