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Epigenetic control of centromeric Cid/CENP-A levels during spermatogenesis and development


Taneja Raychaudhuri, Nitika; Raychaudhuri, Nitika Taneja. Epigenetic control of centromeric Cid/CENP-A levels during spermatogenesis and development. 2013, University of Zurich, Faculty of Science.

Abstract

Thesis Overview Zusamenfassung



Zusammenfassung Zentromere sind von größter Wichtigkeit für die richtige Weitergabe der

genetischen Information während mitotischer und meiotischer Zellteilungen. Die

Identität der Zentromere in Metazoen wird durch epigenetische Mechanismen

bestimmt. In Menschen zum Beispiel wurde gezeigt, dass die hochrepetitiven

zentromeren DNS-Sequenzen weder genügen noch überhaupt benötigt werden,

um das Zentromer zu spezifizieren.

Um die Funktion von Proteinen bei der epigenetischen Markierung und

Vererbung der Zentromere zu untersuchen, wäre ein effizientes UAS/GAL4-

System sehr nützlich, welches für Analysen in der männlichen Keimbahn in

Drosophila nach Gen-Überexpression, Gen-Knockdown oder induzierter

Proteindegradation geeignet wäre. Daher wurden neuartige Treiberlinien

hergestellt, welche GAL4-Fusionen mit testis-spezifischen

Transkriptionsfaktoren exprimieren, in der Hoffnung, dass eine Synergie

zwischen den Aktivierungsdomänen von GAL4 und den testis-spezifischen

Transkriptionsfaktoren zu einer erhöhten Expression von UASt-Transgenen

führen würde. Tatsächlich konnte hierdurch die Effizienz der UASt-Transgene in

Spematozyten verbessert werden. Eine der neuen GAL4-Treiberlinien erwies

sich bei Experimenten, welche die Funktion von Zentromerproteinen betrafen,

als sehr nützlich.

Der Hauptteil dieser Arbeit beschreibt Experimente, welche die Weitergabe des

Zentromerproteins Cid und der Zentromeridentität während der männlichen

Meiose untersuchen. Meine Ergebnisse zeigten, dass sich die Kontrolle der

Beladung der Zentromere mit Cid während der männlichen Meiose von der



1 Thesis Overview Zusamenfassung



Regulation während der mitotischen Zyklen der frühen Embryogenese

unterscheidet. Darüber hinaus wurde gezeigt, dass ein starker Mangel an Cid in

Spermien zu einem Versagen der paternalen Zentromerfunktion nach der

Befruchtung führt. Paternale Chromosomen, denen Cid am Zentromer fehlte,

konnten nicht in die gonomere Spindel der ersten Mitose integriert werden, was

zu gynogenetisch haploiden Embryonen führte. Weiterhin wurde nach

moderater Depletion von Cid in Spermien beobachtet, dass die paternalen

Zentromere in der nächsten Generation nicht die normale Cid-Menge

zurückerlangen konnten. Daraus folgere ich, dass Cid in Spermien ein

essentieller Bestandteil der epigenetischen Markierung der Zentromere ist.

Weiterhin übt das in Spermien vorhandene Cid eine quantitative Kontrolle über

die Cid-Menge am Zentromer der paternalen Chromosomen während der

Entwicklung der nächsten Generation aus.



2 Thesis Overview Summary



Summary

Centromeres are of paramount importance for faithful propagation of genetic

information during mitotic and meiotic divisions. Centromere identity in

metazoans is believed to be specified by epigenetic mechanisms. In humans for

example, the highly repetitive centromeric DNA has been shown to be neither

sufficient nor required for centromere specification.

In order to study the role of proteins for epigenetic marking and propagation of

centromeres, an efficient UAS/GAL4 system for analyses in the male germline of

Drosophila after gene overexpression, knock down or induced protein

degradation would be very helpful. Therefore, novel driver lines expressing

GAL4 fused to testis-specific transcription factors were generated in the hope

that a synergism between the activation domains of GAL4 and testis-specific

transcription factors might result in enhanced UASt transgene expression.

Thereby the efficiency of expression of UASt transgenes in spermatocytes could

indeed be improved. One of the novel GAL4 driver lines was very useful for

experiments concerning centromere protein function.

The main part of this thesis describes experiments addressing propagation of

the centromere protein Cid and of centromere identity during male meiosis. My

results revealed that the control of Cid loading onto centromeres during male

meiosis is distinct from the regulation observed during the mitotic cycles of early

embryogenesis. Moreover, strong Cid depletion in sperm was shown to result in

a failure of paternal centromere function after fertilization. Paternal

chromosomes lacking centromeric Cid failed to integrate into the gonomeric

spindle of the first mitosis, resulting in gynogenetic haploid embryos.



3 Thesis Overview Summary



Furthermore, after moderate Cid depletion in sperm, paternal centromeres were

found to be unable to re-acquire normal Cid levels in the next generation.

Therefore, I conclude that Cid in sperm is an essential component of the

epigenetic centromere mark on paternal chromosomes. Moreover, Cid present in

sperm centromeres exerts quantitative control over centromeric Cid levels on

paternal chromosome throughout development of the next generation.



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Abstract

Thesis Overview Zusamenfassung



Zusammenfassung Zentromere sind von größter Wichtigkeit für die richtige Weitergabe der

genetischen Information während mitotischer und meiotischer Zellteilungen. Die

Identität der Zentromere in Metazoen wird durch epigenetische Mechanismen

bestimmt. In Menschen zum Beispiel wurde gezeigt, dass die hochrepetitiven

zentromeren DNS-Sequenzen weder genügen noch überhaupt benötigt werden,

um das Zentromer zu spezifizieren.

Um die Funktion von Proteinen bei der epigenetischen Markierung und

Vererbung der Zentromere zu untersuchen, wäre ein effizientes UAS/GAL4-

System sehr nützlich, welches für Analysen in der männlichen Keimbahn in

Drosophila nach Gen-Überexpression, Gen-Knockdown oder induzierter

Proteindegradation geeignet wäre. Daher wurden neuartige Treiberlinien

hergestellt, welche GAL4-Fusionen mit testis-spezifischen

Transkriptionsfaktoren exprimieren, in der Hoffnung, dass eine Synergie

zwischen den Aktivierungsdomänen von GAL4 und den testis-spezifischen

Transkriptionsfaktoren zu einer erhöhten Expression von UASt-Transgenen

führen würde. Tatsächlich konnte hierdurch die Effizienz der UASt-Transgene in

Spematozyten verbessert werden. Eine der neuen GAL4-Treiberlinien erwies

sich bei Experimenten, welche die Funktion von Zentromerproteinen betrafen,

als sehr nützlich.

Der Hauptteil dieser Arbeit beschreibt Experimente, welche die Weitergabe des

Zentromerproteins Cid und der Zentromeridentität während der männlichen

Meiose untersuchen. Meine Ergebnisse zeigten, dass sich die Kontrolle der

Beladung der Zentromere mit Cid während der männlichen Meiose von der



1 Thesis Overview Zusamenfassung



Regulation während der mitotischen Zyklen der frühen Embryogenese

unterscheidet. Darüber hinaus wurde gezeigt, dass ein starker Mangel an Cid in

Spermien zu einem Versagen der paternalen Zentromerfunktion nach der

Befruchtung führt. Paternale Chromosomen, denen Cid am Zentromer fehlte,

konnten nicht in die gonomere Spindel der ersten Mitose integriert werden, was

zu gynogenetisch haploiden Embryonen führte. Weiterhin wurde nach

moderater Depletion von Cid in Spermien beobachtet, dass die paternalen

Zentromere in der nächsten Generation nicht die normale Cid-Menge

zurückerlangen konnten. Daraus folgere ich, dass Cid in Spermien ein

essentieller Bestandteil der epigenetischen Markierung der Zentromere ist.

Weiterhin übt das in Spermien vorhandene Cid eine quantitative Kontrolle über

die Cid-Menge am Zentromer der paternalen Chromosomen während der

Entwicklung der nächsten Generation aus.



2 Thesis Overview Summary



Summary

Centromeres are of paramount importance for faithful propagation of genetic

information during mitotic and meiotic divisions. Centromere identity in

metazoans is believed to be specified by epigenetic mechanisms. In humans for

example, the highly repetitive centromeric DNA has been shown to be neither

sufficient nor required for centromere specification.

In order to study the role of proteins for epigenetic marking and propagation of

centromeres, an efficient UAS/GAL4 system for analyses in the male germline of

Drosophila after gene overexpression, knock down or induced protein

degradation would be very helpful. Therefore, novel driver lines expressing

GAL4 fused to testis-specific transcription factors were generated in the hope

that a synergism between the activation domains of GAL4 and testis-specific

transcription factors might result in enhanced UASt transgene expression.

Thereby the efficiency of expression of UASt transgenes in spermatocytes could

indeed be improved. One of the novel GAL4 driver lines was very useful for

experiments concerning centromere protein function.

The main part of this thesis describes experiments addressing propagation of

the centromere protein Cid and of centromere identity during male meiosis. My

results revealed that the control of Cid loading onto centromeres during male

meiosis is distinct from the regulation observed during the mitotic cycles of early

embryogenesis. Moreover, strong Cid depletion in sperm was shown to result in

a failure of paternal centromere function after fertilization. Paternal

chromosomes lacking centromeric Cid failed to integrate into the gonomeric

spindle of the first mitosis, resulting in gynogenetic haploid embryos.



3 Thesis Overview Summary



Furthermore, after moderate Cid depletion in sperm, paternal centromeres were

found to be unable to re-acquire normal Cid levels in the next generation.

Therefore, I conclude that Cid in sperm is an essential component of the

epigenetic centromere mark on paternal chromosomes. Moreover, Cid present in

sperm centromeres exerts quantitative control over centromeric Cid levels on

paternal chromosome throughout development of the next generation.



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Additional indexing

Item Type:Dissertation (monographical)
Referees:Lehner Christian F, Reuter Gunter
Communities & Collections:UZH Dissertations
Dewey Decimal Classification:570 Life sciences; biology
Language:English
Place of Publication:Zürich
Date:2013
Deposited On:28 Oct 2013 12:20
Last Modified:24 Sep 2019 19:41
Number of Pages:155
OA Status:Green
Related URLs:https://www.recherche-portal.ch/primo-explore/fulldisplay?docid=ebi01_prod009769978&context=L&vid=ZAD&search_scope=default_scope&tab=default_tab&lang=de_DE (Library Catalogue)

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