Universität zu Köln

Irmak, Dilber (2018). Modulation of ATF7IP in Huntington’s disease patient-derived iPSCs prevents neural gene expression changes induced by H3K9 trimethylation. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

Huntington’s disease (HD) is an autosomal dominant neurodegenerative disorder caused by mutations in the huntingtin gene (HTT). These mutations expand the CAG triplet repeat region resulting in an unstable polyglutamine stretch (polyQ) in the N-terminal domain of the protein. Epigenetic marks such as histone methylation are significantly altered in HD patients as well as HD cellular and organismal models. Specifically, H3K9 trimethylation (H3K9me3) is markedly increased in HD patients and HD mouse models, which correlates with transcriptional repression. In this study we make use of induced pluripotent stem cells (iPSCs) as they present a unique tool for disease modeling and hold a great promise for regenerative medicine. We use iPSCs from patients with HD (HD-iPSCs) and induce their differentiation into neuronal HD-IPSCs (HD-NPCs) to identify mechanisms that can correct HD disease-related changes. Therefore, in a first step we asked for the normal function of HTT. We show for the first time that HTT interacts with chromatin factor ATF7IP and its specific H3K9 methyltransferase SETDB1. In addition, we observed that loss of HTT increased the levels of ATF7IP and global H3K9me3 in hESCs. In pluripotent stem cells the levels of heterochromatin-associated histone modifications such as H3K9me3 are usually reduced which indicates that HTT regulates H3K9me3 levels in hESCs. Next, we show that knockdown of ATF7IP in HD-iPSCs and their neuronal differentiated counterparts results in a decrease of H3K9me3. As with HTT, upon knockdown of huntingtin interacting protein 2 (UBE2K) we observed increased H3K9me3 in hESCs, probably through the histone methyltransferase regulator JARID2, an interactor of UBE2K found firstly in this study. However, UBE2K KD came with a dramatic dysfunctional phenotype towards the neural differentiation abilities of the cells. Therefore, UBE2K and the normal function of HTT could be required within a bigger complex of epigenetic regulators to maintain the H3K9me3 landscape of hESCs and HD-iPSCs.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated title:	Title Language Die Modulation von ATF7IP bei Patienten mit Huntington-Krankheit verhindert neuronale Genexpressionsänderungen, die durch die H3K9-Trimethylation hervorgerufen werden German
Translated abstract:	Abstract Language Die Huntington-Krankheit (HD) ist eine autosomal dominante neurodegenerative Erkrankung, die durch Mutationen im Huntingtin-Gen (HTT) verursacht wird. Diese Mutationen erweitern den CAG-Triplett-Wiederholungsbereich, was zu einem instabilen Polyglutamin-Stretch (polyQ) in der N-terminalen Domäne des Proteins führt. Epigenetische Marker wie die Histonmethylierung sind bei HD-Patienten sowie bei zellulären und organismischen HD-Modellen signifikant verändert. Insbesondere die H3K9-Trimethylierung (H3K9me3) ist bei HD-Patienten und HD-Mausmodellen deutlich erhöht, was mit einer transkriptionellen Repression korreliert. In dieser Studie verwenden wir induzierte pluripotente Stammzellen (iPSCs), da sie ein einzigartiges Werkzeug zur Modellierung von Krankheiten darstellen und ein großes Potenzial für die regenerative Medizin bieten. Wir verwenden iPSCs von Patienten mit HD (HD-iPSCs) und induzieren deren Differenzierung in neuronale HD-IPSCs (HD-NPCs), um Mechanismen zu identifizieren, die krankheitsbedingte Veränderungen bei HD korrigieren können. Daher haben wir in einem ersten Schritt nach der normalen Funktion von HTT gefragt. Wir zeigen hier zum ersten Mal, dass HTT mit dem Chromatinfaktor ATF7IP und seiner spezifischen H3K9-Methyltransferase SETDB1 interagiert. Darüber hinaus beobachteten wir, dass der Verlust von HTT das Ausmaß von ATF7IP und globalem H3K9me3 in hESCs erhöhte. In pluripotenten Stammzellen sind die Werte von Heterochromatin-assoziierten Histon-Modifikationen wie H3K9me3 in der Regel reduziert, was darauf hindeutet, dass HTT den Gehalt an H3K9me3 in hESCs reguliert. Als nächstes zeigen wir, dass der Knockdown von ATF7IP bei HD-iPSCs und ihren neuronal differenzierten Gegenstücken zu einem Rückgang von H3K9me3 führt. Wie bei HTT beobachteten wir beim Knockdown des mit Huntingtin interagierenden Proteins 2 (UBE2K) einen Anstieg von H3K9me3 in hESCs, vermutlich mit Hilfe des Histon-Methyltransferase-Regulators JARID2, einem Interaktor von UBE2K, der erstmals in dieser Studie gefunden wurde. Der UBE2K KD hatte jedoch einen drastisch dysfunktionalen Phänotyp in Bezug auf die neuronalen Differenzierungsfähigkeiten der Zellen. Daher könnten UBE2K und die normale Funktion von HTT in einem größeren Komplex epigenetischer Regulatoren erforderlich sein, um den H3K9me3-Spiegel aus hESCs und HD-iPSCs zu erhalten. German
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Irmak, Dilber dirmak84@gmail.com UNSPECIFIED UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-97038
Date:	18 April 2018
Language:	English
Faculty:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Divisions:	CECAD - Cluster of Excellence Cellular Stress Responses in Aging-Associated Diseases
Subjects:	Natural sciences and mathematics Life sciences
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language Huntington's disease UNSPECIFIED Human Embryonic Stem cells UNSPECIFIED H3K9me3 UNSPECIFIED Epigenetic Alterations UNSPECIFIED PolyQ UNSPECIFIED ATF7IP UNSPECIFIED Transcriptional repression UNSPECIFIED
Date of oral exam:	6 June 2018
Referee:	Name Academic Title Vilchez, David Dr. Trifunovic, Aleksandra Prof. Dr.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/9703