@phdthesis{Kampka2014,
  author    = {Kampka, Justyna},
  title     = {Funktionelle Analyse der Histon-Demethylase UTX in h{\"a}matopoetisch differenzierenden murinen ES-Zellen},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-108058},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2014},
  abstract  = {Murine embryonale Stammzellen (ES-Zellen) stellen mit ihrem Selbsterneuerungs- und Differenzierungspotenzial einen einzigartigen Zelltyp f{\"u}r die Grundlagenforschung und angewandte Wissenschaften dar. Auf Grund ihrer F{\"a}higkeit, in vitro die embryonale Entwicklung eines Organismus nachzuahmen, sind sie f{\"u}r die Untersuchung der Zell-Differenzierung, wie z.B. der embryonalen H{\"a}matopoese geeignet. W{\"a}hrend der ES-Zell-Selbsterneuerung und -Differenzierung spielen epigenetischen Modifikationen, unter anderem Histon-Methylierungen, eine wichtige Rolle. Transkriptionell aktivierende (H3K4me2/3, di- bzw. trimethyliertes Lysin 4 an Histon 3) und reprimierende (H3K27me2/3; di- bzw. trimethyliertes Lysin 27 an Histon 3) Histon-Methylierungs-Muster und die epigenetische Gen-Regulierung werden unter anderem durch die entgegenwirkenden PcG- und MLL-Protein-Komplexe koordiniert. Die H3K27me2/3-spezifische Demethylase UTX/KDM6A ist eine Komponente des MLL-Komplexes und somit an aktivierenden Gen-Regulationsmechanismen beteiligt. Im Rahmen dieser Arbeit war es mein Ziel zu untersuchen, inwieweit UTX f{\"u}r die Aufrechterhaltung der ES-Zell-Pluripotenz und f{\"u}r die ES-Zell-Differenzierung, insbesondere die h{\"a}matopoetische Differenzierung, von Bedeutung ist. Meine Daten zeigten, dass UTX in undifferenzierten ES-Zellen, w{\"a}hrend der ES-Zell-Differenzierung und in adulten Geweben ubiquit{\"a}r exprimiert ist. Um Aufschluss {\"u}ber die UTX-Funktion zu bekommen, wurde UTX in ES-Zellen mittels RNA-Interferenz und Gene-Targeting gezielt ablatiert. Genexpressions-Analysen zeigten, dass die Expression von Pluripotenzgenen, genauso wie die Zellproliferation und die Verteilung der Zellzyklus-Phasen in ES-Zellen durch den Verlust von UTX unbeeinflusst blieben, w{\"a}hrend globale H3K4me3- sowie H3K27me3-Level reduziert waren. W{\"a}hrend der ES-Zell-Differenzierung konnte ich eine verminderte Induktion der mesodermalen und h{\"a}matopoetischen Marker Flk1, Brachyury, Runx1 und Gata1 beobachten. Zudem war die Expression von UTY, dem auf dem Y-Chromosom kodierten UTX-Homolog, in ES-Zellen und w{\"a}hrend der Differenzierung runterreguliert, was auf eine Regulierung durch UTX schließen l{\"a}sst. Des Weiteren zeigten UTX-Knockdown und -Knockout-Zellen in funktionellen h{\"a}matopoetischen in vitro Assays eine verminderte F{\"a}higkeit, Blast-Kolonien und h{\"a}matopoetische Vorl{\"a}uferzellen zu generieren. Interessanterweise zeigten ChIP-Analysen in differenzierenden wt und UTX-Knockout-EBs unver{\"a}nderte H3K27me3-Level an Promotoren der h{\"a}matopoetischen Gene, was auf eine Demethylase-unabh{\"a}ngige Funktion von UTX w{\"a}hrend der fr{\"u}hen H{\"a}matopoese hindeutet. Um die Funktion von UTX w{\"a}hrend der Entwicklung in vivo, insbesondere w{\"a}hrend der embryonalen H{\"a}matopoese, untersuchen zu k{\"o}nnen, habe ich eine konditionelle UTX-Knockout-Maus hergestellt, die f{\"u}r eine gezielte UTX-Deletion im h{\"a}matopoetischen System verwendet wird. Zusammenfassend zeigen meine Daten, dass UTX f{\"u}r die ES-Zell-Proliferation und -Pluripotenz unbedeutend ist und die Reduzierung der H3K27-Trimethylierung auch bei fehlendem UTX weiterhin herbeigef{\"u}hrt werden kann. Im Gegensatz dazu {\"u}bernimmt UTX eine entscheidende Rolle w{\"a}hrend der mesodermalen und h{\"a}matopoetischen ES-Zell-Differenzierung, vermutlich {\"u}ber eine Histon-Demethylase-unabh{\"a}ngige Funktion.},
  subject      = {H{\"a}matopoese},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Varagnolo2014,
  author    = {Varagnolo, Linda},
  title     = {PRC2 inhibition counteracts the culture-associated loss of engraftment potential of human cord blood-derived hematopoietic stem/progenitor cells},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-108073},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2014},
  abstract  = {Cord blood hematopoietic stem cells (CB-HSCs) are an outstanding source for the treatment of a variety of malignant and non-malignant disorders. However, the low amount of cells collected per donor is often insufficient for treatment of adult patients. In order to make sufficient numbers of CB-HSCs available for adults, expansion is required. Different approaches were described for HSC expansion, however these approaches are impeded by the loss of engrafting potential during ex vivo culture. Little is known about the underlying molecular mechanisms. Epigenetic mechanisms play essential roles in controlling stem cell potential and fate decisions and epigenetic strategies are considered for HSC expansion. Therefore, this study aimed to characterize global and local epigenotypes during the expansion of human CB-CD34+, a well established CB progenitor cell type, to better understand the molecular mechanisms leading to the culture-associated loss of engrafting potential. Human CB-CD34+ cells were cultured using 2 different cytokine cocktails: the STF cocktail containing SCF, TPO, FGF-1 and the STFIA cocktail, which combines STF with Angiopoietin-like 5 (Angptl5) and Insulin-like growth factor-binding protein 2 (IGFBP2). The latter expands CB-HSCs ex vivo. Subsequently, the NOD-scid gamma (NSG) mouse model was used to study the engraftment potential of expanded cells. Engraftment potential achieved by fresh CB-CD34+ cells was maintained when CB-CD34+ cells were expanded under STFIA but not under STF conditions. To explore global chromatin changes in freshly isolated and expanded CB-CD34+ cells, levels of the activating H3K4me3 and the repressive H3K27me3 histone marks were determined by chromatin flow cytometry and Western blot analyses. For analysis of genome-wide chromatin changes following ex vivo expansion, transcriptome profiling by microarray and chromatin immunoprecipitation combined with deep sequencing (ChIP-seq) were performed. Additionally, local chromatin transitions were monitored by ChIP analyses on promoter regions of developmental and self-renewal factors. On a global level, freshly isolated CD34+ and CD34- cells differed in H3K4me3 and H3K27me3 levels. After 7 days of expansion, CD34+ and CD34- cells adopted similar levels of active and repressive marks. Expanding the cells without IGFBP2 and Angptl5 led to a higher global H3K27me3 level. ChIP-seq analyses revealed a cytokine cocktail-dependent redistribution of H3K27me3 profiles. Chemical inhibition of the H3K27 methyltransferase EZH2 counteracted the culture-associated loss of NSG engraftment potential. Collectively, the data presented in this study revealed that by adding epigeneticly active compounds in the culture media we observed changes on a chromatin level which counteracted the loss of engraftment potential. H3K27me3 rather than H3K4me3 may be critical to establish a specific engraftment supporting transcriptional program. Furthermore, I identified a critical function for the Polycomb repressive complex 2-component EZH2 in the loss of engraftment potential during the in vitro expansion of HPSCs. Taken together this thesis provides a better molecular understanding of chromatin changes upon expansion of CB-HSPCs and opens up new perspectives for epigenetic ex vivo expansion strategies.},
  subject      = {Epigenetik},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Hofstetter2014,
  author    = {Hofstetter, Christine},
  title     = {Inhibition of H3K27me-Specific Demethylase Activity During Murine ES cell Differentiation Induces DNA Damage Response},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-107023},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2014},
  abstract  = {Stem cells are defined by their capacity to self-renew and their potential to differentiate into multiple cell lineages. Pluripotent embryonic stem (ES) cells can renew indefinitely while keeping the potential to differentiate into any of the three germ layers (ectoderm, endoderm or mesoderm). For decades, ES cells are in the focus of research because of these unique features. When ES cells differentiate they form spheroid aggregates termed "embryoid bodies" (EBs). These EBs mimic post- implantation embryonic development and therefore facilitate the understanding of developmented mechanisms. During ES cell differentiation, de-repression or repression of genes accompanies the changes in chromatin structure. In ES cells, several mechanisms are involved in the regulation of the chromatin architecture, including post-translational modifications of histones. Post-translational histone methylation marks became one of the best- investigated epigenetic modifications, and they are essential for maintaining pluripotency. Until the first histone demethylase KDM1A was discovered in 2004 histone modifications were considered to be irreversible. Since then, a great number of histone demethylases have been identified. Their activity is linked to gene regulation as well as to stem cell self-renewal and differentiation. KDM6A and KDM6B are H3K27me3/2-specific histone demethylases, which are known to play a central role in the regulation of posterior development by regulating HOX gene expression. So far less is known about the molecular function of KDM6A or KDM6B in undifferentiated and differentiating ES cells. In order to completely abrogate KDM6A and KDM6B demethylase activity in undifferentiated and differentiating ES cells, a specific inhibitor (GSK-J4) was employed. Treatment with GSK-J4 had no effect on the viability or proliferation on ES cells. However, in the presence of GSK-J4 ES cell differentiation was completely abrogated with cells arrested in G1-phase and an increased rate of apoptosis. Global transcriptome analyses in early-differentiating ES cells revealed that only a limited set of genes were differentially regulated in response to GSK-J4 treatment with more genes up- regulated than down-regulated. Many of the up-regulated genes are linked to DNA damage response (DDR). In agreement with this, DNA damage was found in EBs incubated with GSK-J4. A co-localization of H3K27me3 or KDM6B with γH2AX foci, marking DNA breaks, could be excluded. However, differentiating Eed knockout (KO) ES cells, which are devoid of the H3K27me3 mark, showed an attenuated GSK-J4- induced DDR. Finally, hematopoietic differentiation in the presence of GSK-J4 resulted in a reduced colony-forming potential. This leads to the conclusion that differentiation in the presence of GSK-J4 is also restricted to hematopoietic differentiation. In conclusion, my results show that the enzymatic activity of KDM6A and KDM6B is not essential for maintaining the pluripotent state of ES cells. In contrast, the enzymatic activity of both proteins is indispensable for ES cell and hematopoietic differentiation. Additionally KDM6A and KDM6B enzymatic inhibition in differentiating ES cells leads to increased DNA damage with an activated DDR. Therefore, KDM6A and KDM6B are associated with DNA damage and in DDR in differentiating ES cells.},
  subject      = {Embryonale Stammzelle},
  language  = {en}
}
@phdthesis{SchneidergebHansmann2014,
  author    = {Schneider [geb. Hansmann], Tamara},
  title     = {Epigenetische Effekte der in vitro-Maturation von Eizellen auf DNA-Methylierungsprofile entwicklungsrelevanter Gene im Modellorganismus Bos taurus},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-98888},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2014},
  abstract  = {Assistierte Reproduktionstechniken (ARTs) zur Behandlung von Infertilit{\"a}t werden mit einer erh{\"o}hten H{\"a}ufigkeit von epigenetischen Aberrationen w{\"a}hrend der Gametogenese und der fr{\"u}hen Embryonalentwicklung in Verbindung gebracht, speziell durch eine Beeintr{\"a}chtigung von gepr{\"a}gten Genen. Die in vitro-Maturation (IVM) von Eizellen ist eine ART, die bereits routinem{\"a}ßig zur Reproduktion von {\"o}konomisch wertvollen Zuchttieren wie dem Hausrind (Bos taurus) eingesetzt wird. IVM-Oozyten weisen jedoch eine verringerte Entwicklungs-kompetenz zum Blastozystenstadium dar, welche m{\"o}glicherweise auf eine beeintr{\"a}chtigte epigenetische Regulation zur{\"u}ckzuf{\"u}hren ist. Von allen bekannten epigenetischen Mechanismen ist die DNA-Methylierung die meist untersuchte DNA-Modifikation. In dieser Arbeit wurden zur Kl{\"a}rung der Frage nach den Auswirkungen der IVM auf die DNA-Methylierung gepr{\"a}gter als auch nicht gepr{\"a}gter Gene Oozyten des Hausrinds analysiert. Diese Tierart weist eine {\"a}hnliche Pr{\"a}implantations-entwicklung und Tragezeit wie der Mensch auf und wird daher zunehmend als Modell zum Studium der humanen Keimzell- und Embryonalentwicklung herangezogen. Im Gegensatz zu Mensch und Maus gibt es bislang nur wenig Information {\"u}ber bovine gepr{\"a}gte Gene. Das erste Ziel der hier dargestellten Forschungsarbeiten war daher die Identifizierung und Charakterisierung der bovinen differenziell methylierten Regionen (DMRs) der drei gepr{\"a}gten Genorte von IGF2/H19, SNRPN und PEG3, welche mit Imprintingdefekten des Menschen und/oder im Mausmodell assoziiert werden. Die hier erstmalig erfolgte Beschreibung von mehreren intergenischen DMRs mittels Bisulfitsequenzierung und Pyrosequenzierung belegt die Existenz und evolution{\"a}re Konservierung der IGF2/H19-Imprintingkontrollregion (ICR) beim Rind. Der gepr{\"a}gte Zustand der IGF2/H19-ICR sowie der bovinen Gene SNRPN und PEG3 wurde durch den Nachweis differenzieller Methylierung in plazentalen und somatischen Geweben sowie in Spermien und parthenogenetischen Embryonen best{\"a}tigt. Die beobachteten Methylierungsprofile waren typisch f{\"u}r genomische Pr{\"a}gung. Die direkte Bisulfitsequenzierung nach vorangegangener Limiting Dilution (LD) erlaubt die Analyse von Methylierungsmustern einzelner Allele (DNA-Molek{\"u}le) von einigen wenigen oder auch nur einer einzigen Zelle (El Hajj et al., 2011). In einem ersten LD-Versuch an bovinen Oozyten wurden die drei vorab charakterisierten und gepr{\"a}gten Gene hinsichtlich m{\"o}glicher epigenetischer Ver{\"a}nderungen untersucht, welche durch verschiedene IVM-Bedingungen und -Medien (TCM und mSOF) hervorgerufen werden k{\"o}nnten. Die Gesamtrate von Methylierungsfehlern einzelner CpG-Stellen sowie die von ganzen Allelen (Imprintingfehlern) unterschied sich nicht wesentlich zwischen den beiden IVM-Gruppen und der in vivo-Gruppe. Dieses Ergebnis weist darauf hin, dass die g{\"a}ngigen IVM-Protokolle keinen oder nur einen geringf{\"u}gigen Einfluss auf diese entscheidenden epigenetischen Markierungen haben. IVM-Oozyten pr{\"a}puberaler K{\"a}lber weisen eine herabgesetzte Entwicklungskompetenz im Vergleich zu IVM-Oozyten aus adulten Tieren auf. Aus diesem Grund wurde in einem zweiten LD-Versuchsansatz die Promotormethylierung von drei entwicklungsrelevanten, nicht gepr{\"a}gten Genen (SLC2A1, PRDX1, ZAR1) nach ovarieller Stimulation mit FSH und/oder IGF1 untersucht. Sowohl ungereifte als auch in vitro-gereifte Oozyten pr{\"a}puberaler und adulter K{\"u}he zeigten eine deutliche, unbeeintr{\"a}chtige Hypomethylierung der drei Genpromotoren ohne jegliche Unterschiede zwischen den verschiedenen Alterstypen der Spendertiere oder deren Behandlung. Weder das Alter, die hormonelle Stimulation noch die IVM scheinen somit einen Einfluss auf den Methylierungsstatus dieser drei Gene zu haben. Zusammenfassend spiegelte sich die reduzierte Entwicklungsf{\"a}higkeit von IVM-Eizellen aus adulten und pr{\"a}puberalen K{\"u}hen nicht in abnormalen Methylierungsmustern der untersuchten gepr{\"a}gten und ungepr{\"a}gten Gene wider. Dies l{\"a}sst auf eine generelle Stabilit{\"a}t der etablierten DNA-Methylierungsprofile in Oozyten schließen. Aus diesem Grund m{\"u}ssen andere epigenetische Mechanismen als die DNA-Methylierung wie beispielsweise ncRNAs oder Histonmodifikationen zur Reduktion der Entwicklungskompetenz von pr{\"a}puberalen und IVM-Oozyten beitragen. Diese Ver{\"a}nderungen behindern mutmaßlich die zytoplasmatische Reifung der Eizelle, welche wiederum zu einer sp{\"a}teren Beeintr{\"a}chtigung der Entwicklung der Zygote und des Embryos f{\"u}hrt.},
  subject      = {Epigenetik},
  language  = {de}
}