Udział wariantu histonowego H2A.Z w transkrypcyjnej regulacji ekspresji genów u Arabidopsis thaliana

Abstract

Regulacja aktywności genów jest kluczowa dla życia i funkcjonowania organizmów. Jednym z poziomów, na którym może ona zachodzić u organizmów eukariotycznych jest struktura chromatyny. W jej obrębie zamiast kanonicznych histonów mogą występować tzw. warianty histonowe, pełniące określone funkcje. Wśród nich wyróżnia się wariant H2A.Z, który ze względu na bardzo wysoką zachowawczość ewolucyjną, jego niezbędność dla złożonych eukariotów oraz specyficzne rozmieszczenie w genomach na 5’końcu genów wydaje się istotnym elementem tej regulacji. W niniejszej pracy poddano badaniu rolę białka H2A.Z w regulacji aktywności transkrypcyjnej genów w odpowiedzi Arabidopsis thaliana na stres suszy. W tym celu przeprowadzono analizy transkryptomiczne linii mutanta o obniżonym poziomie chromatynowego H2A.Z oraz porównano zmiany ekspresji genów i zmiany dystrybucji tegoż wariantu w odpowiedzi na stres suszy z użyciem technik sekwencjonowania wysokoprzepustowego (RNA-seq i ChAP-seq). Uzyskane wyniki pokazują, że H2A.Z u A. thaliana w wysokim stopniu wzbogaca ciała genów silnie odpowiadających na stres suszy, których poziom transkrypcji podlega dużym zmianom w zależności od warunków, sugerując jego istotny udział w regulacji tych zmian. Poza tym zaobserwowano, że akumulacja H2A.Z w ciałach genów jest związana z ich represją, możliwe więc, że wariant ten odgrywa rolę w zapobieganiu ekspresji genów w warunkach nieindukujących. Jednocześnie jednak, przynajmniej dla niektórych genów, obecność H2A.Z w miejscu startu transkrypcji (ang. transcription start site, TSS) wydaje się konieczna dla ich odpowiednio wysokiej ekspresji.

Regulation of gene activity is a key factor in organisms’ life and functioning. Chromatin structure is one of the levels of this regulation in eukaryotes. There, instead of canonical histones, histone variants may occur that play specific roles. One of such variants is H2A.Z, whose very high evolutionary conservation, essentiality for complex eukaryotes and specific distribution at 5’ end of genes suggest that it is an important player in the control of gene expression. In this thesis, the role of H2A.Z protein in the regulation of gene transcription in A. thaliana response to drought stress is studied. For this purpose, the transcriptome of mutant line deficient in H2A.Z incorporation was analyzed, as well as changes in H2A.Z distribution and changes in gene expression in response to drought stress were compared using whole genome sequencing approaches (RNA-seq and ChAP-seq). The results show that H2A.Z in A. thaliana is highly enriched in bodies of genes strongly responding to the stress, whose transcriptional level changes significantly depending on the conditions; this suggests its vital role in the regulation of these changes. Moreover, the correlation between H2A.Z accumulation in gene bodies and their repression was observed; therefore this histone varinat maybe important in prevention of unwanted gene expression in non-inductive conditions. Simultaneously, however, at least for some genes H2A.Z presence at transcription start site (TSS) appears to be necessary for their proper expression.