Genome-wide control of H4 K16 acetylation by the SAS-I complex in Saccharomyces cerevisiae [Elektronische Ressource] / Franziska Heise. Gutachter: Bernhard Horsthemke. Betreuer: Ann Ehrenhofer-Murray

Heise, Franziska

Description

Genome-wide control of H4 K16 acetylation by the SAS-I complex in Saccharomyces cerevisiae Inaugural-Dissertation zur Erlangung des Doktorgrades Dr. rer. nat. der Fakultät für Biologie an der Universität Duisburg-Essen vorgelegt von Franziska Heise aus Halle/ Saale März 2011 Die der vorliegende Arbeit zugrunde liegenden Experimente wurden in der Abteilung für Genetik der Fakultät Biologie der Universität Duisburg-Essen durchgeführt. 1. Gutachter: Prof. Dr. Ann E. Ehrenhofer-Murray 2. Gutachter: Prof. Dr. Bernhard Horsthemke 3. Gutachter: Vorsitzender des Prüfungsausschusses: Prof. Dr. Hemmo Meyer Tag der mündlichen Prüfung: 15.06.2011 Abstract Abstract The MYST HAT Sas2 is part of the SAS-I complex, which includes the subunits Sas4 and Sas5 and acetylates histone H4 lysine 16 (H4 K16Ac). This Sas2-mediated H4 K16Ac blocks the propagation of heterochromatin at the telomeres of Saccharomyces cerevisiae and is further involved in silencing at the HM loci and the rDNA locus. In this study, we investigated Sas2-mediated H4 K16Ac on a genome-wide scale, by using chromatin immunoprecipitations combined with high resolution tiling arrays. Because Sas2 interacts with the chromatin assembly factors CAF-I and Asf1, we furthermore investigated the dependence of the Sas2-mediated H4 K16Ac on these factors and found a partial influence of CAF-I and Asf1 on H4 K16Ac.

Sujets

• Biologie

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• Publié le: 01 janvier 2011
• Nombre de lectures: 36
• Langue: English
• Poids de l'ouvrage: 34 Mo

Extrait

Genome-wide control of H4 K16

acetylation by the SAS-I complex

in Saccharomyces cerevisiae

Inaugural-Dissertation
zur

Erlangung des Doktorgrades
Dr. rer. nat.

der Fakultt fr

eogiolBi

an der

Universitt Duisburg-Essen

von egtvorgel

Franziska Heise

aus Halle/ Saale

Mrz 2011

Die der vorliegende Arbeit zugrunde liegenden Experimente wurden in der Abteilung fr
Genetik der Fakultt Biologie der Universitt Duisburg-Essen durchgefhrt.
1. Gutachter: Prof. Dr. Ann E. Ehrenhofer-Murray
2. Gutachter: Prof. Dr. Bernhard Horsthemke
3. Gutachter:
Vorsitzender des Prfungsausschusses: Prof. Dr. Hemmo Meyer
Tag der mndlichen Prfung: 15.06.2011

Abstract

Abstract

The MYST HAT Sas2 is part of the SAS-I complex, which includes the subunits Sas4 and
Sas5 and acetylates histone H4 lysine 16 (H4 K16Ac). This Sas2-mediated H4 K16Ac
blocks the propagation of heterochromatin at the telomeres of Saccharomyces cerevisiae
and is further involved in silencing at the HM loci and the rDNA locus. In this study, we
investigated Sas2-mediated H4 K16Ac on a genome-wide scale, by using chromatin
immunoprecipitations combined with high resolution tiling arrays. Because Sas2 interacts
with the chromatin assembly factors CAF-I and Asf1, we furthermore investigated the
dependence of the Sas2-mediated H4 K16Ac on these factors and found a partial influence
of CAF-I and Asf1 on H4 K16Ac. Globally, H4 K16Ac was reduced in the absence of
Sas2. Interestingly, H4 K16Ac loss in sas2∆ cells outside of the telomeric regions showed
a distinctive pattern in that there was a pronounced decrease of H4 K16Ac within the
majority of open reading frames (ORFs), but little change in intergenic regions.
Significantly, high Sas2-dependent H4 K16Ac correlated with low histone H3 exchange
and low H3 K56 acetylation, indicating that this modification was placed on chromatin
independently of histone exchange. Consistent with this notion we found evidence that
Sas2 mediated H4 K16 acetylation coupled to the S-Phase of the cell cycle. In agreement
with the effect of Sas2 within ORFs, sas2∆ caused resistance to 6-azauracil, and RNA
polymerase II (PolII) occupancy in the 3Õ region of genes was increased in sas2∆ cells,
suggesting a positive effect on transcription elongation in the absence of H4 K16Ac.
Additionally, we observed a slight accumulation of transcripts at the 3Õ end of the majority
of genes in sas2∆ cells. This effect for several reasons was distinct from short transcripts
that are caused by cryptic transcription initiation. Nonetheless, this finding completed our
picture of the positive impact of sas2∆ on PolII-dependent transcription. In summary, our
data suggest that Sas2-dependent H4 K16Ac is distributed globally and deposited into
chromatin independently of transcription and histone exchange but coupled to DNA
replication, and that it has an inhibitory effect on the ability of PolII to travel through the
body of the gene.

Zusammenfassung

Zusammenfassung

Die Histonacetyltransferase (HAT) Sas2 in Saccharomyces cerevisiae gehrt zur Familie
der MYST HATs und bildet mit den Untereinheiten Sas4 und Sas5 den SAS-I Komplex,
der Histon H4 an Lysin 16 (H4 K16Ac) acetyliert. Diese Sas2-vermittelte H4 K16Ac
verhindert eine Ausbreitung des telomerischen Heterochromatins in euchromatische
Bereiche und ist weiterhin an der transkriptionellen Stilllegung der HM Loci und des
rDNA Locus beteiligt. In der vorliegenden Arbeit wurde die Sas2-vermittelte H4 K16Ac
auf genomweiter Ebene unter Anwendung von Chromatinimmunprzipitation (ChIP) in
Kombination mit hoch auflsenden genomischen Tiling Arrays untersucht. Da Sas2 mit
den Chromatin-Assemblierungsfaktoren CAF-I und Asf1 interagiert, wurde weiterhin die
Abhngigkeit der Sas2-vermittelten H4 K16Ac von diesen Faktoren untersucht. Dabei
wurde ein partieller Einfluss von CAF-I und Asf1 auf die Sas2-vermittelte H4 K16Ac
festgestellt. In Abwesenheit von Sas2 war die H4 K16Ac auf globaler Ebene reduziert.
Interessanterweise verursachte der Verlust der H4 K16Ac in sas2∆ Zellen ein
charakteristisches Muster au§erhalb der telomerischen Region. H4 K16Ac war an der
Mehrzahl der offenen Leseraster (ORFs) stark reduziert, whrend die H4 K16Ac in
intergenischen Regionen kaum Vernderungen aufwies. Bezeichnenderweise korrelierte
die Sas2-abhngige H4 K16Ac mit einem geringen Histon H3 Austausch und einem
geringen Ma§ an H3 K56 Acetylierung. Dies deutete darauf hin, dass H4 K16Ac
unabhngig von transkriptionsgekoppeltem Histonaustausch im Chromatin platziert wurde.
Dementsprechend wurden in dieser Arbeit Hinweise gefunden, dass die Sas2 vermittelte
H4 K16Ac im Zellzyklus gekoppelt an die S-Phase eingefhrt wird. In bereinstimmung
mit dem Effekt von Sas2 innerhalb von ORFs wurde weiterhin festgestellt, dass eine
Deletion von SAS2 zur Resistenz gegenber 6-Azauracil fhrte sowie die Konzentration
der RNA Polymerase II (PolII) an den 3Õ Regionen der Gene erhhte. Diese Resultate
lie§en auf einen positiven Effekt der fehlenden H4 K16Ac auf die Elongationphase der
Transkription schlie§en. Zustzlich dazu wurde eine geringfgige Akkumulation von
Transkripten an den 3Õ-Enden in der Mehrzahl der Gene in sas2∆ Zellen beobachtet.
Zusammenfassend lassen die Resultate dieser Arbeit darauf schlie§en, dass die Sas2-
abhngige H4 K16Ac global im Genom von S. cerevisiae positioniert wird, unabhngig
von Transkription und Histonaustausch in das Chromatin eingebaut wird und daher vor
allem in schwach transkribierten ORFs verbleibt. Es wurde gezeigt, dass die Acetylierung
von H4 K16 gekoppelt an die DNA-Replikation erfolgt und dass die Sas2-vermittelte
H4 K16Ac die Fhigkeit der PolII, ein Gen zu transkribieren, inhibiert.

Table of contents

Table of contents

ABSTRACT.........................................................................................................................3

ZUSAMMENFASSUNG.....................................................................................................4

LIST OF TABLES AND FIGURES..................................................................................8

ABBREVIATIONS............................................................................................................10

1. INTRODUCTION.........................................................................................................11

1.1 THE ORGANIZATION OF DNA IN EUKARYOTES...........................................................11
1.2 STRUCTURAL ORGANIZATION OF EUKARYOTIC CHROMATIN.......................................11
1.3 HISTONE MODIFICATIONS AND HISTONE-MODIFYING ENZYMES..................................13
1.3.1 Histone acetyltransferases..................................................................................14
1.3.2 Histone deacetylases..........................................................................................15
1.3.3 The histone acetyltransferase complex SAS-I in Saccharomyces cerevisiae.....16
1.3.4 Further roles of H4 K16 acetylation in the control of gene expression.............18
1.4 TRANSCRIPTIONAL SILENCING AND HETEROCHROMATIN IN SACCHAROMYCES
CEREVISIAE........................................................................................................................19
1.5 CHROMATIN AND TRANSCRIPTION..............................................................................20
1.6 PERVASIVE TRANSCRIPTION IN THE YEAST GENOME...................................................21
1.7 CHROMATIN DYNAMICS..............................................................................................24
1.7.1 Replication-coupled chromatin assembly by CAF-I and Asf1...........................25
1.7.2 Replication-independent assembly of histones by Asf1......................................27
1.8 RETROTRANSPOSONS IN SACCHAROMYCES CEREVISIAE................................................28
1.9 OUTLINE OF THIS THESIS.............................................................................................29

2. MATERIAL AND METHODS....................................................................................31

2.1 ESCHERICHIA COLI STRAINS.........................................................................................31
2.2 MEDIA GROWTH CONDITIONS.....................................................................................31
2.3 SACCHAROMYCES CEREVISIAE STRAINS.........................................................................31
2.4 GENETIC MANIPULATION OF SACCHAROMYCES CEREVISIAE STRAINS............................33
2.4.1 Crossing, sporulation and dissection of asci......................................................33
2.4.2 DNA techniques in Saccharomyces cerevisiae...................................................34
2.5 MOLECULAR CLONING................................................................................................34
2.6 GENETIC ASSAYS IN SACCHAROMYCES CEREVISIAE.......................................................35
2.7 ANTIBODIES................................................................................................................35
2.8 CHROMATIN IMMUNOPRECIPITATION......................