Giessener Elektronische Bibliothek

GEB - Giessener Elektronische Bibliothek

Mechanismen der nukleären Genregulation in der Entzündungsantwort von Epithelzellen

Jurida, Liane Moana


Zum Volltext im pdf-Format: Dokument 1.pdf (37.999 KB)


Bitte beziehen Sie sich beim Zitieren dieses Dokumentes immer auf folgende
URN: urn:nbn:de:hebis:26-opus-114795
URL: http://geb.uni-giessen.de/geb/volltexte/2015/11479/

Bookmark bei Connotea Bookmark bei del.icio.us


Universität Justus-Liebig-Universität Gießen
Institut: Rudolf-Buchheim-Institut für Pharmakologie
Fachgebiet: Biologie
DDC-Sachgruppe: Biowissenschaften, Biologie
Dokumentart: Dissertation
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 28.04.2015
Erstellungsjahr: 2015
Publikationsdatum: 26.05.2015
Kurzfassung auf Deutsch: Bei Entzündungsreaktionen des menschlichen Körpers nimmt das Cytokin Interleukin(IL)L-1 eine Schlüsselrolle ein. IL-1 bewirkt auf zellulärer Ebene eine schnelle und starke Regulation der Expression mehrerer hundert Zielgene. Für die intrazelluläre Übermittlung von IL-1 Signalen ist der Transkriptionsfaktor NF-kappaB von großer Bedeutung, der nach seiner Aktivierung in den Zellkern transloziert und dort an seine DNA-Bindestellen rekrutiert wird. Ein weiterer zentraler Regulator im IL-1 Signalweg ist die Kinase TAK1, die „inhibitor of NF-kappaB (IkappaB) kinases (IKKs)“ und „mitogen activated protein kinase kinases (MAPKK)“ phosphoryliert und in der Folge die NF-kappaB, p38 und JNK Signalwege aktiviert. Während die Komponenten des cytosolischen IL-1 Signalwegs bereits sehr detailliert untersucht wurden, sind die Erkenntnisse zur nukleären Regulation begrenzt. Im Verlauf dieser Arbeit wurden in einem Modell menschlicher Epithelzellen die Mechanismen der nukleären Genregulation in der Entzündungsantwort analysiert. Die IL-1-vermittelte Regulation eines 400 Kilobasen umfassenden CXC-Chemokingen-Clusters auf Chromosom 4 wurde modellhaft mittels ChIPPCR und ChIP-seq hinsichtlich der Chromatinveränderungen und der Rekrutierung von Transkriptionsfaktoren und Kofaktoren untersucht und mit den mRNA Expressionsänderungen von IL-1-induzierten Genen des Clusters korreliert . Charakteristisch für den Promoterbereich IL-1-aktivierter Zielgene war vor allem die Zunahme der Histonmodifikation H3K9ac, eine regulierte p65 NF-kappaB Bindestelle, sowie die Bindung von CTCF und JunD. Reprimierte Zielgene des Clusters zeigten ein methyliertes „CpG island“, konnten durch Anwendung eines DNA-Methyltransferase-Inhibitors reaktiviert werden und wiesen eine ausgeprägte H3K9me3 auf. Mittels ChIP Kinetiken konnte an den IL-1 induzierten Promotoren der Aufbau eines Aktivierungskomplexes mit einer Öffnung der Nukleosomen-Struktur beobachtet werden. Dabei wurde auch eine bisher nicht bekannte Chromatinrekrutierung der Zellzykluskinase CDK6 an IL-1 Zielgene nachgewiesen. Im Bereich des CXC-Chemokingen-Clusters konnten zudem IL-1 abhängige Enhancer- Strukturen identifiziert werden und genomweite ChIP-Seq Auswertungen zeigten, dass diese neue Enhancer-Klasse von genereller Bedeutung ist (81). Neben diesen Enhancern wurden mittels RNA-seq IL-1 induzierte „long intergenic non-coding (linc)“ RNAs in Epithelzellen detektiert. Nicht nur die Rekrutierung von p65 NF-kappaB und von sechs AP-1 Proteinen an Promotoren und Enhancern, sondern auch alle gemessenen IL-1-regulierten epigenetischen Effekte und die lincRNA-Induktion waren von der Kinase TAK1 abhängig. Diese Ergebnisse weisen TAK1 und p65 NF-kappaB die Rolle von „master regulators“ in der IL-1 abhängigen nukleären Genregulation zu, die im Rahmen dieser Arbeit tiefergehend aufgeklärt werden konnte und so einen Ausgangspunkt für neue Studien und therapeutische Strategien entzündlicher Erkrankungen bietet.

Kurzfassung auf Englisch: The cytokine interleukin(IL)-1 plays a key role for inflammatory reactions of the body. At the cellular level, IL-1 causes rapid and strong regulation of the mRNA expression of several hundred target genes. The transcription factor NF-kB plays an important role for the transduction of IL-1 signals. Upon activation by IL-1, NF-kB translocates to the nucleus and is recruited to its DNA-binding sites. Another central regulator of IL-1 signaling is the protein kinase TAK1 which phosphorylates inhibitor of NF-kappaB (IkappaB) kinases (IKKs) and mitogen activated protein kinase kinases (MAPKK) followed by activation of the NF-kappaB, p38 und JNK signaling pathways. Whereas the components of the cytosolic IL-1 signaling pathway have been investigated at considerable detail, knowledge on the nuclear events is limited. In this thesis, using human epithelial cells, the nuclear mechanisms of inflammatory gene regulation were investigated. The IL-1-mediated regulation of a CXC chemokine gene cluster comprising 400 kilobases and located at chromosome 4 served as a model to investigate chromatin changes and recruitment of transcription factors and cofactors by ChIP-PCR and ChIP-seq. These changes were also correlated with changes of mRNA expression of IL-1-induced genes of the cluster. The promoter regions of IL-1-activated genes were characterized by induced levels of H3K9ac, regulated binding of NF-kB p65 and recruitment of CTCF and JunD. Repressed genes of the cluster were characterized by methylated „CpG islands“, reactivation by application of a DNA-methyltransferase-inhibitor and high levels of H3K9me3. By ChIP-PCR kinetic analyses the formation of an activating multiprotein complex and the relaxation of the chromatin structures within the cluster were observed. Additionally, a hitherto unknown recruitment of the cell cycle kinase CDK6 to chromatin was found. Moreover, within the CXC chemokine gene cluster IL-1-regulated enhancer structures were identified. Genome wide analyes by ChIP-seq revealed a general role of these enhancers for IL-1 signaling. By RNA-seq IL-1-induced long intergenic non-coding (linc) RNAs were detected in these epithelial cell cultures. Most of the investigated events at promoters and enhancers, including the recruitment of p65 NF-kappaB and six AP-1 proteins as well as histone modifications and regulation of lincRNAs turned out to depend on TAK1 kinase activity. Collectively, these results reveal TAK1 and p65 NF-kB as master regulators of IL-1-mediated nuclear regulation of gene expression. The mechanistic insights achieved in this thesis define starting points at the level of chromatin and chromatin-regulating pathways for novel approaches to tackle inflammatory diseases.
Lizenz: Veröffentlichungsvertrag für Publikationen ohne Print on Demand