Title (eng)
Kinetic properties of Polycomb Group Proteins during differentiation and mitosis in live Drosophila
Parallel title (deu)
Kinetische Eigenschaften der Proteine der Polycomb Gruppe während der Differenzierung und Zellteilung in lebenden Drosophila
Author
Joao Pedro Fonseca Dos Santos
Advisor
Leonie Ringrose
Assessor
Wendy Bickmore
Jürgen Knoblich
Abstract (deu)
Proteine der Polycomb Gruppe (PcG) vermitteln ein epigenetisches Gedächtnis, welches bei der Zellteilung aufrechterhalten werden muss. Andererseits muss es flexibel sein, um bei der Differenzierung den Übergang zwischen unterschiedlichen Zelltypen zu ermöglichen. Es ist von großer Bedeutung, diese Übergänge in definierten Zelltypen und in vivo zu analysieren, um so sowohl ein besseres Verständnis des durch PcG Proteine vermittelten Gedächtnisses, als auch der Plastizität zu erlangen. In der vorliegenden Studie habe ich endogene Konzentrationen und Eigenschaften der dynamischen Bindung an Chromatin von PH::GFP, PC::GFP, GFP::DSP1, GFP::PHO und GFP::E(Z) quantifiziert. Die Untersuchungen wurden in zwei unterschiedlichen Zelltypen lebender Fruchtfliegen durchgeführt, welche exakt definierte Differenzierungs- und Zellteilungsprozesse durchlaufen. Quantitative Analysen mittels FRAP demonstrieren, dass die Bindung von PcG Proteinen eine höhere Plastizität in Stammzellen gegenüber stärker determinierten Zellen aufweist und identifizieren darüber hinaus eine Fraktion von PRC1, welche während der Mitose mit einer 300-fach längeren Residenzzeit an Chromatin bindet als in Interphase. Untersuchungen mittels mathematischer Modellierung zeigen, welche Parameter Stammzellen am besten von differenzierten Zellen unterscheiden und sagen eine schnellere Dissoziation von Polycomb von mitotischem Chromatin in SOPs als in Neuroblasten vorher. Ich identifiziere die Phosphorylierung von Serin 28 in Histon H3 während der Mitose als einen möglichen Mechanismus für das zellspezifische Ausmaß und die Geschwindigkeit der Dissoziation von Polycomb während der Mitose. Darüber hinaus zeige ich, dass Absent, Small or Homeotic discs 1 (ASH1) und die Tandemkinase JIL-1 die kinetischen Eigenschaften von Polycomb in larvalen Neuroblasten entscheidend beeinflussen. Zusammengefasst lassen die hier beschriebenen Ergebnisse die Hypothese zu, dass bei der Etablierung von Zellidentitäten die Regulation der kinetischen Eigenschaften der Bindung von PcG Proteinen an Chromatin ein essenzieller Faktor für die Entscheidung zwischen Stabilität und Flexibilität ist.
Abstract (eng)
Epigenetic memory mediated by Polycomb group (PcG) proteins must be maintained during cell division, but must also be flexible to allow cell fate transitions. Furthermore, it is important to study these cell fate transitions in vivo, in well defined lineages, as they can provide the best understanding of PcG memory and plasticity abilities. Here I quantify endogenous concentrations and dynamic chromatin binding properties of PH::GFP, PC::GFP, GFP::DSP1, GFP::PHO, and GFP::E(Z) in living Drosophila in two cell types that undergo defined differentiation and mitosis events. Quantitative FRAP analysis demonstrates that PcG binding has a higher plasticity in stem cells than in more determined cells, and identifies a fraction of PRC1 proteins that binds mitotic chromatin with up to 300 fold longer residence times than in interphase. Mathematical modeling examines which parameters best distinguish stem cells from differentiated cells and predicts an accelerated dissociation of Polycomb from mitotic chromatin in SOPs compared to neuroblasts. I identify mitotic phosphorylation of histone H3 at serine 28 as a potential mechanism that provides a cell-type specific acceleration of the extent and rate of mitotic Polycomb dissociation. Moreover, I identify Absent, Small or Homeotic discs 1 (ASH1) and the tandem kinase JIL-1 as modifiers of Polycomb kinetic properties in larval neuroblasts.
In summary these findings suggest that the regulation of the kinetic properties of PcG-chromatin binding is an essential factor in the choice between stability and flexibility in the establishment of cell identities.
Keywords (eng)
PolycombDrosophilaMitosisDifferentiationKineticsStem cells
Keywords (deu)
PolycombDrosophilaMitoseDifferenzierungKinetikStammzellen
Subject (deu)
Type (deu)
Persistent identifier
https://phaidra.univie.ac.at/o:1284887
rdau:P60550 (deu)
173 S. : Ill., graph. Darst.
Number of pages
190
Association (deu)
Title (eng)
Kinetic properties of Polycomb Group Proteins during differentiation and mitosis in live Drosophila
Parallel title (deu)
Kinetische Eigenschaften der Proteine der Polycomb Gruppe während der Differenzierung und Zellteilung in lebenden Drosophila
Author
Joao Pedro Fonseca Dos Santos
Abstract (deu)
Proteine der Polycomb Gruppe (PcG) vermitteln ein epigenetisches Gedächtnis, welches bei der Zellteilung aufrechterhalten werden muss. Andererseits muss es flexibel sein, um bei der Differenzierung den Übergang zwischen unterschiedlichen Zelltypen zu ermöglichen. Es ist von großer Bedeutung, diese Übergänge in definierten Zelltypen und in vivo zu analysieren, um so sowohl ein besseres Verständnis des durch PcG Proteine vermittelten Gedächtnisses, als auch der Plastizität zu erlangen. In der vorliegenden Studie habe ich endogene Konzentrationen und Eigenschaften der dynamischen Bindung an Chromatin von PH::GFP, PC::GFP, GFP::DSP1, GFP::PHO und GFP::E(Z) quantifiziert. Die Untersuchungen wurden in zwei unterschiedlichen Zelltypen lebender Fruchtfliegen durchgeführt, welche exakt definierte Differenzierungs- und Zellteilungsprozesse durchlaufen. Quantitative Analysen mittels FRAP demonstrieren, dass die Bindung von PcG Proteinen eine höhere Plastizität in Stammzellen gegenüber stärker determinierten Zellen aufweist und identifizieren darüber hinaus eine Fraktion von PRC1, welche während der Mitose mit einer 300-fach längeren Residenzzeit an Chromatin bindet als in Interphase. Untersuchungen mittels mathematischer Modellierung zeigen, welche Parameter Stammzellen am besten von differenzierten Zellen unterscheiden und sagen eine schnellere Dissoziation von Polycomb von mitotischem Chromatin in SOPs als in Neuroblasten vorher. Ich identifiziere die Phosphorylierung von Serin 28 in Histon H3 während der Mitose als einen möglichen Mechanismus für das zellspezifische Ausmaß und die Geschwindigkeit der Dissoziation von Polycomb während der Mitose. Darüber hinaus zeige ich, dass Absent, Small or Homeotic discs 1 (ASH1) und die Tandemkinase JIL-1 die kinetischen Eigenschaften von Polycomb in larvalen Neuroblasten entscheidend beeinflussen. Zusammengefasst lassen die hier beschriebenen Ergebnisse die Hypothese zu, dass bei der Etablierung von Zellidentitäten die Regulation der kinetischen Eigenschaften der Bindung von PcG Proteinen an Chromatin ein essenzieller Faktor für die Entscheidung zwischen Stabilität und Flexibilität ist.
Abstract (eng)
Epigenetic memory mediated by Polycomb group (PcG) proteins must be maintained during cell division, but must also be flexible to allow cell fate transitions. Furthermore, it is important to study these cell fate transitions in vivo, in well defined lineages, as they can provide the best understanding of PcG memory and plasticity abilities. Here I quantify endogenous concentrations and dynamic chromatin binding properties of PH::GFP, PC::GFP, GFP::DSP1, GFP::PHO, and GFP::E(Z) in living Drosophila in two cell types that undergo defined differentiation and mitosis events. Quantitative FRAP analysis demonstrates that PcG binding has a higher plasticity in stem cells than in more determined cells, and identifies a fraction of PRC1 proteins that binds mitotic chromatin with up to 300 fold longer residence times than in interphase. Mathematical modeling examines which parameters best distinguish stem cells from differentiated cells and predicts an accelerated dissociation of Polycomb from mitotic chromatin in SOPs compared to neuroblasts. I identify mitotic phosphorylation of histone H3 at serine 28 as a potential mechanism that provides a cell-type specific acceleration of the extent and rate of mitotic Polycomb dissociation. Moreover, I identify Absent, Small or Homeotic discs 1 (ASH1) and the tandem kinase JIL-1 as modifiers of Polycomb kinetic properties in larval neuroblasts.
In summary these findings suggest that the regulation of the kinetic properties of PcG-chromatin binding is an essential factor in the choice between stability and flexibility in the establishment of cell identities.
Keywords (eng)
PolycombDrosophilaMitosisDifferentiationKineticsStem cells
Keywords (deu)
PolycombDrosophilaMitoseDifferenzierungKinetikStammzellen
Subject (deu)
Type (deu)
Persistent identifier
https://phaidra.univie.ac.at/o:1284888
Number of pages
190
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