Improving the Histone Replacement System in Drosophila melanogaster for High-Throughput Analysis

Autor: Grüblinger, Florian
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2022
Předmět:
Druh dokumentu: Doctoral Thesis
DOI: 10.18452/24835
Popis: Eukaryotische DNA ist in Chromatin verpackt, einem Komplex aus DNA und Proteinen. Das ermöglicht Transkriptionsregulation von Genen durch Modulation ihrer Zugänglichkeit. Histone sind evolutionär konservierte Chromatinproteine, die durch posttranslationale Modifikationen (PTMs) modifiziert sind. Das legt nahe, dass deren Primärstruktur und ihre PTMs funktionellen Beschränkungen unterliegen. Genetische Ansätze zur Entschlüsselung von Struktur-Funktions-Beziehungen für Histone waren auf Einzeller und D. melanogaster beschränkt. Das Histon-Ersatz-System in D. melanogaster, bei dem Histontransgene verwendet werden, um endogene Histone zu ersetzen, war nicht für systematische Untersuchung dieser Beziehungen ausgelegt. In meiner Arbeit habe ich die Funktion von Threonin 11 in Histon H3 (H3T11) untersucht, das phosphoryliert werden kann. Ich analysierte zwei Mutationen in H3T11 (H3T11A und H3T11E) und stellte fest, dass beide zur Derepression von Transposons führen. H3T11E hat in Gegenwart von Wildtyp-Histon H3 einen dominanten Phänotyp mit transkriptomweiten Folgen. Dazu gehören Induktion von Immun-Genen und Unterdrückung von mit DNA-Stoffwechsel in Verbindung stehenden Genen. Die Mutationen wurden unter der Prämisse charakterisiert, ein Analyse-Schema für eine große Anzahl von Histon-Ersatz-Stämmen zu entwickeln und Probleme zu identifizieren, die die Analyse beeinträchtigen. Dabei habe ich das Verfahren zur Erzeugung von Histon-Ersatz-Stämmen optimiert. Dazu gehören die optionale Verwendung größerer Histon-Transgene und zuverlässigere Produktion und optimierte Rekombinations-Strategie dieser. Ich habe das Klonierungsverfahren gestrafft und eine Plasmid-Bibliothek erstellt, die es erlaubt, 178 verschiedene mutierte Histon-H3-Transgene zu erzeugen. Mit den Änderungen am Produktionsschema, ist diese Bibliothek eine wertvolle Ressource und wird dazu beitragen, die Funktion von Histon H3 und seiner PTMs während der Entwicklung eines Vielzellers besser zu verstehen.
Eukaryotic DNA is packaged into chromatin, a complex composed of DNA and proteins. This enables transcriptional regulation of genes through modulation of their accessibility. Histones are chromatin proteins, modified by post-translational modifications (PTMs) and their sequences are conserved in evolution. This suggests functional constraints for the primary structure of histones and their PTMs. Genetic approaches to decipher structure-function relationships for histone proteins were restricted to unicellular organisms and D. melanogaster. The histone replacement system in D. melanogaster, which uses histone transgenes to replace endogenous histones, was not adapted for systematic interrogation of such relationships. Here, I investigated the function of threonine 11 in histone H3 (H3T11), which can be phosphorylated. I analyzed two mutations in H3T11 (H3T11A and H3T11E) and found that both lead to de-repression of transposable elements. I also found that H3T11E, has a dominant phenotype in the presence of wildtype histone H3 with transcriptome-wide consequences. These include induction of immune-related genes and repression of genes associated with DNA metabolism. I characterized both mutations under the premise of establishing an analysis scheme suitable for a large set of histone replacement strains and identifying problems that interfere with this analysis. As a consequence, I optimized the procedure to generate histone replacement strains. These include an option to incorporate larger histone transgenes, a more reliable production of transgenes and an optimized strategy to recombine them. I streamlined the cloning procedure and created a plasmid library allowing for the generation of 178 distinct mutant histone H3 transgenes. Together with my amendments to the production scheme, this library provides a valuable resource to the field and will help to better understand the function of histone H3 and its PTMs during the development of a multicellular organism.
Databáze: Networked Digital Library of Theses & Dissertations
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