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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.41.2015.tde-24092015-133351
Document
Author
Full name
Estela Mitie Cruvinel
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2015
Supervisor
Committee
Koiffmann, Celia Priszkulnik (President)
Mingroni Netto, Regina Celia
Kok, Fernando
Mitne Neto, Miguel
Oliveira, Karina Griesi
Title in Portuguese
Estudo da expressão diferencial de genes localizados no segmento cromossômico 15q11-q13 em pacientes com as síndromes de Angelman e Prader-Willi
Keywords in Portuguese
Células-tronco pluripotente induzidas
SETDB1
Síndrome de Prader-Willi
SNORD116
ZNF274
Abstract in Portuguese
A síndrome de Prader Willi (PWS) é uma doença de neurodesenvolvimento; a principal hipótese de causa de PWS é a ausência da expressão de SNORD116. O SNORD116 fica na região 15q11-q13 que apresenta vários genes com imprinting genômico e é conhecida por ser controlada pela região de controle de imprinting PWS (PWS-IC) que se localiza sobreposta à região promotora e ao exon 1 do gene SNRPN. Em camundongos, uma proteína zinc finger (Zfp57) foi descrita como importante para o estabelecimento e manutenção do imprinting no Snrpn. Através de análise do ENCODE do Genome Browser, verificamos que outra proteína zinc finger (ZNF274) se liga ao SNORD116. ZNF274 é conhecida por formar um complexo com TRIM28 e SETDB1 que inibe a expressão através da trimetilação da lisina 9 na histona 3 (H3K9me3). No atual estudo mostramos que ZNF274 se liga ao SNORD116 preferencialmente ao alelo materno nas células-tronco pluripotente induzidas (iPSCs). Adicionalmente, as proteínas TRIM28 e SETDB1, que formam um complexo com a ZNF274, estão presentes na região do SNORD116, e a modificação H3K9me3 ocorre preferencialmente no alelo materno nas iPSCs. Na análise funcional, mostramos que o knockdown de SETDB1 isoladamente ou combinado com o knockdown de ZNF274 causa aumento na expressão de SNRPN e SNORD116 nas iPSCs. Além disso, ocorre redução do H3K9me3 e aumento da modificação relacionada à ativação da transcrição, H3K4me2 (dimetilação da lisina 4 na histona 3), na PWS-IC. Os knockdowns também afetam a metilação de DNA, ocasionando o aumento de 5-hidroximetliação de citosinas na PWS-IC. Em outros tipos celulares estudados, neurônios derivados de iPSCs e SHEDs, ZNF274 e a modificação H3K9me3 ocorrem em ambos os alelos dentro do SNORD116. É possível que, nas iPSCs, este complexo proteja a região imprintada da desmetilação do DNA de proteína(s) que atue(m) nessa região somente em células pluripotentes. Nossos achados possibilitam melhor compreensão dos mecanismos envolvidos no imprinting da região 15q11-q13, principalmente do SNORD116, e, consequentemente, disponibiliza novas ferramentas para o desenvolvimento de futuras terapias para PWS.
Title in English
Analysis of imprinted genes expression on chromosome region 15q11-q13 in Angelman and Prader-Willi patients
Keywords in English
Induced pluripotent stem cells
Prader-Willi syndrome
SETDB1
SNORD116
ZNF274
Abstract in English
Prader-Willi syndrome (PWS) is a neurodevelopmental disorder. Loss of paternal copies of the cluster of SNORD116 C/D box snoRNAs and their host transcript, 116HG, on human chromosome 15q11-q13 imprinted region is considered to be the major responsible for PWS. PWS-imprinting center (PWS-IC) regulates 15q11-q13 imprinting. PWS-IC is located upstream and in the exon 1 of SNURF-SNRPN gene. In mice, Zfp57 plays an important role in establishment and maintenance of Snrpn imprinting. In human, ENCODE database indicates that ZNF274 binds to SNORD116. Moreover, ZNF274 are C2H2/KRAB zinc finger proteins as Zfp57. We have investigated the mechanism of repression of the maternal SNORD116. Here, we report that the ZNF274, in association with the histone H3 lysine 9 (H3K9) methyltransferase SETDB1, is part of a complex that binds to the silent maternal but not to the active paternal alleles in induced pluripotent stem cells (iPSCs). Knockdown of SETDB1 in PWS-specific iPSCs causes a decrease in the accumulation of H3K9 trimethylation (H3K9me3) at SNORD116. We also show that upon knockdown of SETDB1 in PWS-specific iPSCs, expression of maternally silenced 116HG RNA is partially restored. SETDB1 knockdown in PWS iPSCs also disrupts DNA methylation at the PWS-IC where a decrease in 5-methylcytosine is observed in association with a concomitant increase in 5-hydroxymethylcytosine. In iPSCs-derived neurons and stem cells from human exfoliated teeth (SHEDs) ZNF274/SETDB1 complex binding and H3K9me3 modification occur in both alleles. These observations suggest that the ZNF274/SETDB1 complex bound to the SNORD116 cluster may protect the PWS-IC from DNA demethylation during early development, as indicated by iPSCs. Our findings reveal novel epigenetic mechanisms that function to repress the maternal 15q11-q13 region. The better understanding of epigenetic mechanisms provides new tools for future therapy research.
 
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Estela_Cruvinel.pdf (3.28 Mbytes)
Publishing Date
2015-10-01
 
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