Title (eng)
Systematic identification of chromosomal copy number interactions in yeast
Parallel title (deu)
Systematische Identifikation der Interaktionen von Chromosomenkopien in Hefe
Author
Claudia Stadler
Advisor
Christopher Campbell
Assessor
Christopher Campbell
Abstract (deu)
Aneuploidie kommt häufig in soliden Tumoren vor. Obwohl in mehreren Studien gezeigt werden konnte, dass eine anormale Anzahl an Chromosomenkopien generell einen destruktiven Einfluss auf die Zellen verschiedener Organismen hat, scheinen Krebszellen durch ihren aneuploiden Status einen selektiven Vorteil zu gewinnen. Es wird vermutet, dass dieses Phänomen teilweise aufgrund von Interaktionen zwischen unterschiedlichen Chromosomenkopien auftritt, welche das Thema dieser Masterarbeit sind. In unserem Labor wird Bäckerhefe (Saccharomyces cerevisiae) als Modellorganismus verwendet, um den genetischen Hintergrund des selektiven Wachstumsvorteils durch Gewinn oder Verlust von spezifischen Chromosomen zu untersuchen. Eine positive genetische Interaktion zwischen den Chromosomen 6 und 13 ist bereits aus der Literatur bekannt. Diese basiert auf der Stöchiometrie zwischen den Untereinheiten des Proteins Tubulin. Eine negative genetische Interaktion zwischen den Chromosomen 8 und 10 wurde in unserem Labor entdeckt, wobei der genetische Hintergrund dieser Interaktion noch unklar ist. Abgesehen von diesen Erkenntnissen, wurden bis jetzt noch keine Ergebnisse über Interaktionen der Kopien verschiedener Chromosomen publiziert.
Beach et al. 2017 hingegen untersuchte den Effekt von induzierter Aneuploidie in jeweils einem bestimmten Chromosom auf die zelluläre Fitness. In dieser Studie konnte beobachtet werden, dass die zelluläre Fitness nach dem Gewinn oder Verlust eines spezifischen Chromosoms stark mit der Größe dieses fehlerhaft segregierten Chromosoms korreliert. Dieser Zusammenhang ist allerdings nicht vollständig linear, was vermuten lässt, dass es Interaktionen innerhalb eines Chromosoms gibt, welche ebenfalls Einfluss auf die zelluläre Fitness haben.
Das Ziel dieser Masterarbeit war, die Interaktionen zwischen verschiedenen aneuploiden Chromosomen zu untersuchen. Dafür wurde die fehlerhafte Teilung von zwei verschiedenen Chromosomen innerhalb einer Zelle, durch Verwendung eines kontrollierbaren Centromers, induziert. Der Effekt von dem gleichzeitigen Verlust oder Gewinn von zwei Chromosomen, oder der des gleichzeitige Gewinns von einem Chromosom während ein anderes verloren wird, auf die zelluläre Fitness konnte beobachtet werden. Daraus konnten mögliche zugrundeliegende genetische Interaktionen zwischen bestimmten Chromosomen vermutet werden.
Um den gleichzeitigen Verlust von zwei verschieden Chromosomen in jeder möglichen Kombination untersuchen zu können, wurde ein „High-throughput“ System entwickelt. Die zelluläre Fitness dieser Stämme konnte dann bestimmt und normalisiert werden. Nach weiteren Untersuchen von dadurch aufgezeigten möglichen genetischen Interaktionen, konnte geschlussfolgert werden, dass vier verschiedene Kombinationen von Chromosomen auf eine starke genetische Interaktion hinweisen. Die Kombinationen von den Chromosomen 6x13, 1x7 und 3x7 lassen eine starke positive genetische Interaktion vermuten, wohingegen die Kombination von den Chromosomen 1x3 auf eine starke negative Interaktion hinweisen lassen. Für den gleichzeitigen Verlust von Chromosom 6 und 13 konnte bewiesen werden, dass die beobachtete Interaktion von den Untereinheiten des Proteins Tubulin verursacht wird, so wie es bereits in der Literatur für den Gewinn beider Gene beschrieben wurde. Die Kombinationen mit Chromosom 7 basieren möglicherweise auf Interaktionen des MLC1 Gens auf diesem Chromosom. Das MLC1 Gen codiert für ein Myosin-leichte-Ketten Protein, welches das einzige essentielle haploinsuffiziente Protein in Hefe ist, das bis jetzt gefunden wurde. Deshalb ist es sehr wahrscheinlich, dass die beobachteten Interaktionen mit diesem Gen zusammenhängen.
Da der Gewinn eines Chromosoms im Allgemeinen nicht so destruktiv ist wie der Verlust eines Chromosoms, wurde erwartet mehr mögliche genetische Interaktionen nach dem gleichzeitigen Gewinn von zwei Chromosomen sehen zu können. Deshalb wurde noch ein „High-throughput“ System entwickelt um haploide Stämme mit Disomie von zwei Chromosomen zu etablieren. Bisher wurden Experimente nur an ein paar Kombinationen durchgeführt, mit Chromosomen die bei alleiniger Disomie mittleres Wachstum zeigten verglichen mit dem Wild typ zeigen. Die ersten Ergebnisse hierbei wirken vielversprechend, dass es möglich sein wird noch weitere genetische Interaktionen mit diesen Stämmen zu entdecken.
Zusammenfassend kann gesagt werden, dass unsere Untersuchungen zu den Interaktionen verschiedener Chromosomenkopien praktikabel scheinen, den zugrundeliegenden genetischen Hintergrund von selektiven Vor- und Nachteilen aneuploider Hefezellen zu ermitteln. Die hierbei entdeckten Gene könnten in Zukunft verwendet werden um die genetische Basis von aneuploiden humanen Krebszellen zu identifizieren. Dies kann ein wichtiger Schritt sein, um das Verhalten von aneuploiden Tumoren teilweise zu verstehen.
Abstract (eng)
Aneuploidy is occurring frequently in solid tumours. Although it has been shown in numerous studies that the state of having an abnormal number of chromosomal copies has usually a detrimental effect on cells of different organisms, cancer cells seem to gain a selective advantage through their aneuploid state. This is believed to be partly due to chromosomal copy number interactions, which is the topic of this thesis. In our lab, we are using budding yeast (Saccharomyces cerevisiae) as a model organism to investigate the underlying genetic background of selective growth advantage through the induction of specific chromosomal gains and losses. One positive genetic interaction between chromosomes 6 and 13 has already been published. This interaction is based on the stoichiometry between the subunits of the protein tubulin. In addition a negative genetic interaction between the chromosomes 8 and 10 has been discovered previously in our lab. However, the genetic background of this interaction is still unknown. Apart from these findings, no results on chromosomal copy number interactions have been published so far.
Nevertheless, Beach et al. 2017 investigated the effect of induced aneuploidies of specific chromosomes on cellular fitness. There it could be observed that the cellular fitness after a specific chromosome loss or gain correlates strongly with the size of the missegregated chromosome. This relationship is not completely linear, which suggests that there are also interactions within a chromosome, which have influence on the cellular fitness.
The goal of this thesis was to investigate interactions between different aneuploid chromosomes. Therefore the missegregation of two different chromosomes within a cell was induced by using a conditional centromere. The effects of the simultaneous loss or gain of two chromosomes; or the gain of one chromosome whereas another chromosome is lost; on cellular fitness could then be observed. Hence possible underlying genetic interactions between specific chromosomes could be indicated.
In order to investigate the simultaneous loss of two different chromosomes in every possible combination, a High-throughput system was developed. Cellular fitness of these strains could be measured and then internally normalized. After further investigations on thereby illustrated possible genetic interactions, four different chromosome combinations could be concluded to show a strong indication on a genetic interaction. The combinations of chromosomes 6x13, 1x7 and 3x7 indicated strong positive genetic interactions, whereas the combination of chromosomes 1x3 suggested a strong negative genetic interaction. For the Loss/Loss 6x13 strains it could be proofed that the observed interaction is caused by the subunits of the tubulin protein, as already described in literature likewise for the gain of these two genes. For the combinations with chromosome 7, it is assumed that these may be based on interactions with the MLC1 gene on this chromosome. MLC1 encodes a myosin light chain protein, which is the only essential haploinsufficient protein in yeast that has been shown up to now. Therefore it is very likely that the observed interactions are connected to this gene.
As the gain of a chromosome is in general not as detrimental for the cell as a loss, it was expected to see more possible genetic interactions after the simultaneous gain of two chromosomes. Therefore a different High-throughput system was developed in order to establish haploid yeast strains with two disomic chromosomes. Up to now, experiments on only a few combinations of chromosomes that lead to intermediate colony growth as a single disomy have been done. The first results here seem promising that this system will make it possible to discover more genetic interactions with these strains.
To sum up, our investigations on chromosome copy number interactions seem feasible to discover the underlying genetic background of selective advantage or disadvantage of an aneuploid yeast cell. Thereby identified genes could then be used to detect the genetic basis of the observed growth advantage in aneuploid human cancer cells. This can be an important step for understanding part of the behaviour of aneuploid tumours.
Keywords (eng)
Aneuploidycancerchromosome copy number interactionsyeast
Keywords (deu)
KrebsAneuploidieInteraktionen von ChromosomenkopienHefe
Subject (deu)
Subject (deu)
Type (deu)
Persistent identifier
https://phaidra.univie.ac.at/o:1354246
rdau:P60550 (deu)
99 Seiten : Illustrationen, Diagramme
Number of pages
99
Association (deu)
Title (eng)
Systematic identification of chromosomal copy number interactions in yeast
Parallel title (deu)
Systematische Identifikation der Interaktionen von Chromosomenkopien in Hefe
Author
Claudia Stadler
Abstract (deu)
Aneuploidie kommt häufig in soliden Tumoren vor. Obwohl in mehreren Studien gezeigt werden konnte, dass eine anormale Anzahl an Chromosomenkopien generell einen destruktiven Einfluss auf die Zellen verschiedener Organismen hat, scheinen Krebszellen durch ihren aneuploiden Status einen selektiven Vorteil zu gewinnen. Es wird vermutet, dass dieses Phänomen teilweise aufgrund von Interaktionen zwischen unterschiedlichen Chromosomenkopien auftritt, welche das Thema dieser Masterarbeit sind. In unserem Labor wird Bäckerhefe (Saccharomyces cerevisiae) als Modellorganismus verwendet, um den genetischen Hintergrund des selektiven Wachstumsvorteils durch Gewinn oder Verlust von spezifischen Chromosomen zu untersuchen. Eine positive genetische Interaktion zwischen den Chromosomen 6 und 13 ist bereits aus der Literatur bekannt. Diese basiert auf der Stöchiometrie zwischen den Untereinheiten des Proteins Tubulin. Eine negative genetische Interaktion zwischen den Chromosomen 8 und 10 wurde in unserem Labor entdeckt, wobei der genetische Hintergrund dieser Interaktion noch unklar ist. Abgesehen von diesen Erkenntnissen, wurden bis jetzt noch keine Ergebnisse über Interaktionen der Kopien verschiedener Chromosomen publiziert.
Beach et al. 2017 hingegen untersuchte den Effekt von induzierter Aneuploidie in jeweils einem bestimmten Chromosom auf die zelluläre Fitness. In dieser Studie konnte beobachtet werden, dass die zelluläre Fitness nach dem Gewinn oder Verlust eines spezifischen Chromosoms stark mit der Größe dieses fehlerhaft segregierten Chromosoms korreliert. Dieser Zusammenhang ist allerdings nicht vollständig linear, was vermuten lässt, dass es Interaktionen innerhalb eines Chromosoms gibt, welche ebenfalls Einfluss auf die zelluläre Fitness haben.
Das Ziel dieser Masterarbeit war, die Interaktionen zwischen verschiedenen aneuploiden Chromosomen zu untersuchen. Dafür wurde die fehlerhafte Teilung von zwei verschiedenen Chromosomen innerhalb einer Zelle, durch Verwendung eines kontrollierbaren Centromers, induziert. Der Effekt von dem gleichzeitigen Verlust oder Gewinn von zwei Chromosomen, oder der des gleichzeitige Gewinns von einem Chromosom während ein anderes verloren wird, auf die zelluläre Fitness konnte beobachtet werden. Daraus konnten mögliche zugrundeliegende genetische Interaktionen zwischen bestimmten Chromosomen vermutet werden.
Um den gleichzeitigen Verlust von zwei verschieden Chromosomen in jeder möglichen Kombination untersuchen zu können, wurde ein „High-throughput“ System entwickelt. Die zelluläre Fitness dieser Stämme konnte dann bestimmt und normalisiert werden. Nach weiteren Untersuchen von dadurch aufgezeigten möglichen genetischen Interaktionen, konnte geschlussfolgert werden, dass vier verschiedene Kombinationen von Chromosomen auf eine starke genetische Interaktion hinweisen. Die Kombinationen von den Chromosomen 6x13, 1x7 und 3x7 lassen eine starke positive genetische Interaktion vermuten, wohingegen die Kombination von den Chromosomen 1x3 auf eine starke negative Interaktion hinweisen lassen. Für den gleichzeitigen Verlust von Chromosom 6 und 13 konnte bewiesen werden, dass die beobachtete Interaktion von den Untereinheiten des Proteins Tubulin verursacht wird, so wie es bereits in der Literatur für den Gewinn beider Gene beschrieben wurde. Die Kombinationen mit Chromosom 7 basieren möglicherweise auf Interaktionen des MLC1 Gens auf diesem Chromosom. Das MLC1 Gen codiert für ein Myosin-leichte-Ketten Protein, welches das einzige essentielle haploinsuffiziente Protein in Hefe ist, das bis jetzt gefunden wurde. Deshalb ist es sehr wahrscheinlich, dass die beobachteten Interaktionen mit diesem Gen zusammenhängen.
Da der Gewinn eines Chromosoms im Allgemeinen nicht so destruktiv ist wie der Verlust eines Chromosoms, wurde erwartet mehr mögliche genetische Interaktionen nach dem gleichzeitigen Gewinn von zwei Chromosomen sehen zu können. Deshalb wurde noch ein „High-throughput“ System entwickelt um haploide Stämme mit Disomie von zwei Chromosomen zu etablieren. Bisher wurden Experimente nur an ein paar Kombinationen durchgeführt, mit Chromosomen die bei alleiniger Disomie mittleres Wachstum zeigten verglichen mit dem Wild typ zeigen. Die ersten Ergebnisse hierbei wirken vielversprechend, dass es möglich sein wird noch weitere genetische Interaktionen mit diesen Stämmen zu entdecken.
Zusammenfassend kann gesagt werden, dass unsere Untersuchungen zu den Interaktionen verschiedener Chromosomenkopien praktikabel scheinen, den zugrundeliegenden genetischen Hintergrund von selektiven Vor- und Nachteilen aneuploider Hefezellen zu ermitteln. Die hierbei entdeckten Gene könnten in Zukunft verwendet werden um die genetische Basis von aneuploiden humanen Krebszellen zu identifizieren. Dies kann ein wichtiger Schritt sein, um das Verhalten von aneuploiden Tumoren teilweise zu verstehen.
Abstract (eng)
Aneuploidy is occurring frequently in solid tumours. Although it has been shown in numerous studies that the state of having an abnormal number of chromosomal copies has usually a detrimental effect on cells of different organisms, cancer cells seem to gain a selective advantage through their aneuploid state. This is believed to be partly due to chromosomal copy number interactions, which is the topic of this thesis. In our lab, we are using budding yeast (Saccharomyces cerevisiae) as a model organism to investigate the underlying genetic background of selective growth advantage through the induction of specific chromosomal gains and losses. One positive genetic interaction between chromosomes 6 and 13 has already been published. This interaction is based on the stoichiometry between the subunits of the protein tubulin. In addition a negative genetic interaction between the chromosomes 8 and 10 has been discovered previously in our lab. However, the genetic background of this interaction is still unknown. Apart from these findings, no results on chromosomal copy number interactions have been published so far.
Nevertheless, Beach et al. 2017 investigated the effect of induced aneuploidies of specific chromosomes on cellular fitness. There it could be observed that the cellular fitness after a specific chromosome loss or gain correlates strongly with the size of the missegregated chromosome. This relationship is not completely linear, which suggests that there are also interactions within a chromosome, which have influence on the cellular fitness.
The goal of this thesis was to investigate interactions between different aneuploid chromosomes. Therefore the missegregation of two different chromosomes within a cell was induced by using a conditional centromere. The effects of the simultaneous loss or gain of two chromosomes; or the gain of one chromosome whereas another chromosome is lost; on cellular fitness could then be observed. Hence possible underlying genetic interactions between specific chromosomes could be indicated.
In order to investigate the simultaneous loss of two different chromosomes in every possible combination, a High-throughput system was developed. Cellular fitness of these strains could be measured and then internally normalized. After further investigations on thereby illustrated possible genetic interactions, four different chromosome combinations could be concluded to show a strong indication on a genetic interaction. The combinations of chromosomes 6x13, 1x7 and 3x7 indicated strong positive genetic interactions, whereas the combination of chromosomes 1x3 suggested a strong negative genetic interaction. For the Loss/Loss 6x13 strains it could be proofed that the observed interaction is caused by the subunits of the tubulin protein, as already described in literature likewise for the gain of these two genes. For the combinations with chromosome 7, it is assumed that these may be based on interactions with the MLC1 gene on this chromosome. MLC1 encodes a myosin light chain protein, which is the only essential haploinsufficient protein in yeast that has been shown up to now. Therefore it is very likely that the observed interactions are connected to this gene.
As the gain of a chromosome is in general not as detrimental for the cell as a loss, it was expected to see more possible genetic interactions after the simultaneous gain of two chromosomes. Therefore a different High-throughput system was developed in order to establish haploid yeast strains with two disomic chromosomes. Up to now, experiments on only a few combinations of chromosomes that lead to intermediate colony growth as a single disomy have been done. The first results here seem promising that this system will make it possible to discover more genetic interactions with these strains.
To sum up, our investigations on chromosome copy number interactions seem feasible to discover the underlying genetic background of selective advantage or disadvantage of an aneuploid yeast cell. Thereby identified genes could then be used to detect the genetic basis of the observed growth advantage in aneuploid human cancer cells. This can be an important step for understanding part of the behaviour of aneuploid tumours.
Keywords (eng)
Aneuploidycancerchromosome copy number interactionsyeast
Keywords (deu)
KrebsAneuploidieInteraktionen von ChromosomenkopienHefe
Subject (deu)
Subject (deu)
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