English Title: Epigenetic features of the chromosomal element Fab7 and their role in cellular memory

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Abstract

In der Fruchtfliege Drosophila melanogaster sind zwei Gruppen von Genen identifiziert worden, die das segmentspezifische Expressionsmuster entwicklungsrele-vanter Regulationsfaktoren aufrechterhalten. Die Genprodukte der trithorax-Gruppe (trxG) wirken als positive Regulatoren und erhalten die Expression der Zielgene, während die Produkte der Polycomb-Gruppe (PcG) als negative Regulatoren dienen und reprimierende Funktionen ausüben. Die Produkte beider Genklassen wirken als Gedächtnisträger und „frieren“ den Expressionszustand ihrer Zielgene ein, indem sie an sogenannte „Cellular Memory Modules“ (CMMs) binden. Diese DNA Elemente sind am Umschaltungen der Zielgene vom reprimierten in den aktivierten Expressionszustand maßgeblich beteiligt. Um die Vorgänge während der Umschaltung des CMM zu klären, wurde untersucht, ob an diesem Prozess Transkription durch das CMM selbst beteiligt ist. Hierfür nutzte man Fliegen, deren transgenes Fab7-CMM anhand des dualen Gal4 Systems vom reprimierten Grundzustand in den aktivierten Zustand umgeschaltet werden kann. In transgenen Fab7 Linien gezeigt, dass das Fab7 Element im Zuge seiner Aktivierung transkri-biert wird. Um die Zellgedächtnis-vermittelnden Abschnitte des Fab7 Elements zu bestimmen, wurden Fliegen mit gekürzten Fab7 Konstrukten hergestellt. Diese waren zwar in der Lage den repri-mierten Zustand zu bewahren, konnten jedoch nicht in den aktivierten umgeschaltet werden. Diese Beobachtung ließ vermuten, dass der proximale Abschnitt von Fab7 einen Promotor besitzt, da diese Linien keine Transkription durch die gekürzten Elemente zeigten. Im Wt wurde Transkription des endogenen Fab7 Elements gefunden. Das Fab7 Element wird dabeibidirektional und seg-mentspezifisch transkribiert. Weitere regulatorische Sequenzen des BX-C zeigten ebenfalls segmentspezifische. Die Regulation der homöotischen Gene des BX-C scheint somit durch die Transkription cis-regulatorischer Abschnitte maßgeblich mitbestimmt zu werden.

Translation of abstract (English)

The proteins of the trithorax and Polycomb group maintain the differential expression pattern of homeotic genes, established by the early embryonic patterning system, during development. These proteins generate stable and heritable chromatin structures by acting via particular chromosomal memory elements. In Drosophila several of these memory elements are located in the large intergenic regulatory regions of the homeotic bithorax complex. Using a transgene assay we show that transcription through a memory element relieves silencing imposed by the Polycomb group proteins and establishes an epigenetically heritable active chromatin mode. A memory element remodeled by the process of transcription is able to maintain active expression of a reporter gene throughout development. Thus, transcription appears to reset and change epigenetic marks at chromosomal memory elements regulated by the Polycomb and trithorax proteins. Interestingly, in the bithorax complex of Drosophila, the segment-specific expression of non-coding intergenic transcripts during embryogenesis seems to fulfill this switching role for memory elements regulating the homeotic genes