Characterization of labelled regulatory elements in embryonic stem cells and macrophages using quantitative and qualitative methods

A tétel rövid nézete
dc.contributor.advisorNagy, László
dc.contributor.advisorNagy, Benedek
dc.contributor.authorHorváth, Attila
dc.contributor.departmentMolekuláris sejt- és immunbiológia doktori iskolahu
dc.date.accessioned2019-05-08T19:13:39Z
dc.date.available2019-05-08T19:13:39Z
dc.date.created2019hu_HU
dc.date.defended2019-05-16
dc.description.abstractA sejtek az élet szerkezeti és funkcionális építőkövei. Mindössze néhány - bár jelentős - kivételtől eltekintve a genomi DNS bázissorendje az adott élőlény minden diploid sejtjében azonos. Habár a DNS az adott élőlény minden sejttípus létrejöttéhez tartalmazza a szükséges információt, a differenciálódó sejt sorsa erősen függ a környezeti szignáloktól is. Az így kifejeződő egyedi génexpressziós mintázat határozza meg az érett sejt működését. A többsejtű élőlényekben ezt a szövet-specifikus génexpressziós változékonyságot távoli genomi szabályozó régiók biztosítják. Az elmúlt évtizedben az elterjedt nézet, hogy a PU.1 kötés szükséges és elegendő feltétele a legtöbb szignálfüggő transzkripciós faktorok számára rendelkezésre álló enhanszer repertoár kialakításához. Néhány nemrégiben megjelent makrofággal és más immunsejtekkel kapcsolatos tanulmány azonban felvetette annak lehetőségét, hogy a PU.1 és más kulcs transzkripciós faktoroknak együtt kell kötniük ahhoz, hogy hozzáférhetővé tegyék ezeket a genomi régiókat a szignálfüggő transzkripciós faktorok számára, amelyek majd elindítják saját genomi programjukat. Vizsgálataink során igazoltuk, hogy a Random Forest és a Support Vector Regressor módszerek alkalmasak a kromatin nyitottságának predikciójára a PU.1 és egyéb kulcs transzkripciós faktorok kötéserősségéből. Ezen módszerek amellett, hogy képesek voltak meghatározni az egyes transzkripciós faktorok kötődésének prediktív erejét a kromatin nyitottságra vonatkozóan, felfedett egy korábban ismeretlen, a makrofág genomban gyakran előforduló enhanszer osztályt is. Ezek az ún. ,,jelölt szabályozó elemek” alapállapotban transzkripciós faktor(oka)t kötnek, azonban zárt vagy alacsony nyitottságú kromatin szakaszokon helyezkednek el. A legtöbb makrofág kulcs transzkripciós faktor képes jelölt szabályozó elemekhez kötődni, amelyek polarizációs szignálok hatására funkcionális, aktív enhanszerekké válhatnak. Embrionális őssejtekben végzett kísérleteink azt is megmutatták, hogy az OCT4 nagyszámú, alacsony nyitottságú genomi régiót köt, ahol az OCT4 elengedhetetlen szerepe van az RXR:RAR heterodimer és különböző koregulátorokat rekrutációjában, amely differenciációval összefüggő enhanszer- és génaktivációt okoz. Végül, hálózati motívumok felhasználásával egy összetett hálózatot konstruáltunk, amely leírja az OCT4 kettős szerepét a pluripotens állapotban, valamint a retinsav-indukált neurális differenciáció korai szakaszában. Eredményeik kibővítik a transzkripciós faktor kötés és a kromatin nyitottság közötti összefüggésekkel kapcsolatos korábbi ismereteinket, és rámutattak a ,,jelölt szabályozó elemek” létezésére, amelyek egy lehetséges “alvó” enhanszer állapotot képviselnek, és amelyek stimulusfüggő módon hozzájárulnak génexpressziós szabályozáshoz.hu_HU
dc.description.abstractCells are the basic structural and functional units of life. With a few notable exceptions, the genomic DNA sequence is identical in the nuclei of all diploid cells within an organism. Although genomic DNA contains all the necessary information for creating any of the organisms’ cell types, the fate of an individual cell is defined by the local microenvironment during differentiation. The resulting unique gene expression pattern will define the mature cell’s function. These tissue-specific gene expression variability in multicellular organisms rely on distal regulatory regions. In the past decade, the working model of macrophage enhancer formation was that PU.1 alone is necessary and sufficient to establish and maintain the available enhancer repertoire for most SDTFs activated by external stimuli. However, recent works in macrophages and in other immune cells indicate that PU.1, and other key TFs need to bind collaboratively to make these genomic regions available for SDTFs, which will, in turn, initiate their own genomic programs. Here we demonstrate that Random Forest and Support Vector Regressor methods can predict chromatin openness from the occupancy of PU.1 and other LDTFs. Using these approaches, we could not only assess the accuracy of predictions on chromatin openness, but we could reveal a novel type of enhancer class that is widespread in the macrophage genome. These genomic regions termed ‘labelled regulatory elements’ (LREs) are associated with low accessible or closed chromatin. The majority of key macrophage TFs can form LREs and these genomic regions can be transformed into functional enhancers upon polarization signals. In embryonic stem cells, we found that OCT4 also binds to a large number of low accessible genomic regions, where OCT4 has an indispensable role in recruiting co-regulators, RXR:RAR, leading to differentiation-related enhancer and gene activation. Finally, using network motifs we constructed a composite network describing the dual role of OCT4 in the pluripotent state and in the context of the early steps of RA-induced neurogenesis. In summary, these findings extend our understanding of the connection between TF binding and chromatin openness, and points to the existence of LREs, which may represent a dorment state of enhancer regions and contribute to gene expression regulation in a stimulus-specific manner.hu_HU
dc.description.correctorde
dc.format.extent113hu_HU
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/2437/267165
dc.language.isohuhu_HU
dc.language.isoenhu_HU
dc.subjectenhanszerhu_HU
dc.subjectenhancerhu_HU
dc.subjectepigenomika
dc.subjecttranszkripciós szabályozás
dc.subjectmakrofágok
dc.subjectembrionális őssejtek
dc.subjectkvantitatív és klalitatív modellezés
dc.subjectfelügyelt tanulási modellek
dc.subjectepigenomics
dc.subjecttranscriptional regulation
dc.subjectmacrophages
dc.subjectembryonic stem cells
dc.subjectquantitative and qualitative modelling
dc.subjectsupervised learning models
dc.subject.disciplineElméleti orvostudományokhu
dc.subject.sciencefieldOrvostudományokhu
dc.titleCharacterization of labelled regulatory elements in embryonic stem cells and macrophages using quantitative and qualitative methodshu_HU
dc.title.translatedJelölt szabályozó elemek szerepének vizsgálata embrionális őssejtekben és makrofágokban kvantitatív és kvalitatív módszerekkelhu_HU
Fájlok
Eredeti köteg (ORIGINAL bundle)
Megjelenítve 1 - 4 (Összesen 4)
Nem elérhető
Név:
Horvath_Attila_tezis_magyar_titkositott.pdf
Méret:
3.91 MB
Formátum:
Adobe Portable Document Format
Leírás:
tézisek (magyar)
Letöltés
Nem elérhető
Név:
Horvath_Attila_tezis_angol_titkositott.pdf
Méret:
3.87 MB
Formátum:
Adobe Portable Document Format
Leírás:
tézisek (angol)
Letöltés
Nem elérhető
Név:
meghivo_titkositott.pdf
Méret:
70.71 KB
Formátum:
Adobe Portable Document Format
Leírás:
meghívó
Letöltés
Nem elérhető
Név:
Horvath_Attila_ertekezes_angol_titkositott.pdf
Méret:
7.99 MB
Formátum:
Adobe Portable Document Format
Leírás:
értekezés (angol)
Letöltés
Engedélyek köteg
Megjelenítve 1 - 1 (Összesen 1)
Nem elérhető
Név:
license.txt
Méret:
1.93 KB
Formátum:
Item-specific license agreed upon to submission
Leírás:
Letöltés
Gyűjtemények
Molekuláris Sejt- és Immunbiológia Doktori Iskola