TY  - JOUR
A1  - Vellmer, Tim
A1  - Hartleb, Laura
A1  - Fradera Sola, Albert
A1  - Kramer, Susanne
A1  - Meyer-Natus, Elisabeth
A1  - Butter, Falk
A1  - Janzen, Christian J.
T1  - A novel SNF2 ATPase complex in Trypanosoma brucei with a role in H2A.Z-mediated chromatin remodelling
JF  - PLoS Pathogens
N2  - A cascade of histone acetylation events with subsequent incorporation of a histone H2A variant plays an essential part in transcription regulation in various model organisms. A key player in this cascade is the chromatin remodelling complex SWR1, which replaces the canonical histone H2A with its variant H2A.Z. Transcriptional regulation of polycistronic transcription units in the unicellular parasite Trypanosoma brucei has been shown to be highly dependent on acetylation of H2A.Z, which is mediated by the histone-acetyltransferase HAT2. The chromatin remodelling complex which mediates H2A.Z incorporation is not known and an SWR1 orthologue in trypanosomes has not yet been reported. In this study, we identified and characterised an SWR1-like remodeller complex in T. brucei that is responsible for Pol II-dependent transcriptional regulation. Bioinformatic analysis of potential SNF2 DEAD/Box helicases, the key component of SWR1 complexes, identified a 1211 amino acids-long protein that exhibits key structural characteristics of the SWR1 subfamily. Systematic protein-protein interaction analysis revealed the existence of a novel complex exhibiting key features of an SWR1-like chromatin remodeller. RNAi-mediated depletion of the ATPase subunit of this complex resulted in a significant reduction of H2A.Z incorporation at transcription start sites and a subsequent decrease of steady-state mRNA levels. Furthermore, depletion of SWR1 and RNA-polymerase II (Pol II) caused massive chromatin condensation. The potential function of several proteins associated with the SWR1-like complex and with HAT2, the key factor of H2A.Z incorporation, is discussed.
KW  - Trypanosoma
KW  - chromatin
KW  - histones
KW  - RNA interference
KW  - Trypanosoma brucei gambiense
KW  - luciferase
KW  - transcriptional control
KW  - nucleosomes
Y1  - 2022
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-301372
VL  - 18
IS  - 6
ER  - 
TY  - THES
A1  - Vellmer, Tim
T1  - New insights into the histone variant H2A.Z incorporation pathway in \(Trypanosoma\) \(brucei\)
T1  - Neue Erkenntnisse zum Einbau der Histonvariante H2A.Z in \(Trypanosoma\) \(brucei\)
N2  - The histone variant H2A.Z is a key player in transcription regulation in eukaryotes. Histone acetylations by the NuA4/TIP60 complex are required to enable proper incorporation of the histone variant and to promote the recruitment of other complexes and proteins required for transcription initiation. The second key player in H2A.Z-mediated transcription is the chromatin remodelling complex SWR1, which replaces the canonical histone H2A with its variant. By the time this project started little was known about H2A.Z in the unicellular parasite Trypanosoma brucei. Like in other eukaryotes H2A.Z was exclusively found in the transcription start sites of the polycistronic transcription units where it keeps the chromatin in an open conformation to enable RNA-polymerase II-mediated transcription. Previous studies showed the variant colocalizing with an acetylation of lysine on histone H4 and a methylation of lysine 4 on histone H3. Data indicated that HAT2 is linked to H2A.Z since it is required for acetylation of lyinse 10 on histone H4. A SWR1-like complex and a complex homologous to the NuA4/TIP60 could not be identified yet. This study aimed at identifying a SWR1-like remodelling complex in T. brucei and at identifying a protein complex orthologous to NuA4/TIP60 as well as at answering the question whether HAT2 is part of this complex or not. To this end, I performed multiple mass spectrometry-coupled co-Immunoprecipitation assays with potential subunits of a SWR1 complex, HAT2 and a putative homolog of a NuA4/TIP60 subunit. In the course of these experiments, I was able to identify the TbSWR1 complex. Subsequent cell fractionation and chromatin immunoprecipitation-coupled sequencing analysis experiments confirmed, that this complex is responsible for the incorporation of the histone variant H2A.Z in T. brucei. In addition to this chromatin remodelling complex, I was also able to identify two histone acetyltransferase complexes assembled around HAT1 and HAT2. In the course of my study data were published by the research group of Nicolai Siegel that identified the histone acetyltransferase HAT2 as being responsible for histone H4 acetylation, in preparation to promote H2A.Z incorporation. The data also indicated that HAT1 is responsible for acetylation of H2A.Z. According to the literature, this acetylation is required for proper transcription initiation. Experimental data generated in this study indicated, that H2A.Z and therefore TbSWR1 is involved in the DNA double strand break response of T. brucei. The identification of the specific complex composition of all three complexes provided some hints about how they could interact with each other in the course of transcription regulation and the DNA double strand break response. A proximity labelling approach performed with one of the subunits of the TbSWR1 complex identified multiple transcription factors, PTM writers and proteins potentially involved in chromatin maintenance. Overall, this work will provide some interesting insights about the composition of the complexes involved in H2A.Z incorporation in T. brucei. Furthermore, it is providing valuable information to set up experiments that could shed some light on RNA-polymerase II-mediated transcription and chromatin remodelling in T. brucei in particular and Kinetoplastids in general.
N2  - Die Histonvariante H2A.Z ist ein Schlüsselelement bei der Transkriptionsregulation in Eukaryoten. Histonacetylierungen die vom NuA4/Tip60 Komplex prozessiert werden, sind für den korrekten Einbau der Variante unerlässlich. Darüber hinaus erlauben diese posttranslationellen Modifikationen die Rekrutierung weiterer Proteine und Komplexe die für die Transkription notwendig sind. Ein weiteres Schlüsselelement der mittels H2A.Z regulierten Transkription ist der Komplex zur Umstrukturierung des Chromatins SWR1, welcher das kanonische Histon H2A gegen seine Variante austauscht. Zu Beginn dieses Projektes war der Wissenstand bezüglich der Histonvariante H2A.Z in dem einzelligen Parasiten Trypanosoma brucei limitiert. Wie in anderen eukaryotischen Organismen wurde die Variante ausschließlich an den Startpunkten der polyzistronischen Transkriptionseinheiten gefunden, an denen es für die Öffnung des Chromatins verantwortlich ist und so die Transkription mittels RNAPolymerase II ermöglicht. Vorangegangene Studien konnten zeigen, dass die Variante mit einer Acetylierung des Lysins 10 im Histon H4 und einer Methylierung des Lysins 4 im Histon H3 co-lokalisiert. Einige Daten lieferten den Hinwies, dass die Histon-Acetyltransferase HAT2 mit H2A.Z in Zusammenhang steht, da diese die Acetylierung des Lysins 10 im Hinston H4 prozessiert. Komplexe die in ihrer Funktion dem SWR1 oder dem NuA4/TIP60 Komplex entsprechen, konnten bisher noch nicht gefunden werden. Die vorliegende Arbeit zielt darauf ab Komplexe zu identifizieren, die in ihrer Funktion dem SWR1 sowie dem NuA4/TIP60 Komplex entsprechen. Zudem soll die Frage geklärt werden ob HAT2 Teil eines möglichen NuA4/TIP60 Komplexes ist. In diesem Zusammenhang habe ich mehrere Massenspektrometrie gekoppelte Co-Immunopräzipitationen mit potenziellen Untereinheiten eines SWR1 Komplexes sowie HAT2 und einem Protein welches otholog zu einer NuA4/TIP60 Untereinheit ist, durchgeführt. Im Verlauf dieser Experimente konnte der SWR1 Komplex in T. brucei (TbSWR1) identifiziert werden. Anschließende Zellfraktionierungen sowie Chromatin Immunopräzipitationen gekoppelte Sequenzanalysen konnten bestätigen, dass der identifizierte Komplex für den Einbau der Histonvariante H2A.Z zuständig ist. Darüber hinaus konnten neben diesem Komplex noch zwei weitere Komplexe identifiziert werden, die jeweils die Histonacetyltransferasen HAT1 und HAT2 als Kernkomponenten enthalten. Im Verlauf meiner Arbeit wurden von der Arbeitsgruppe von Nicolai Siegel Daten publiziert die zeigten, dass die Histonacetyltransferase HAT2, in Vorbereitung auf den Einbau von H2A.Z, für die Acetylierung des Histons H4 verantwortlich ist. Im Gegenzug ist HAT1 für die Acetylierung von H2A.Z notwendig, welche wiederum für die korrekte Initiation der Transkription benötigt wird. Damit entspricht die Funktion der Acetylierung von H2A.Z in T. brucei der in der Literatur beschriebenen Funktion. Experimentelle Daten die im Verlauf dieser Arbeit generiert wurden, lieferten einen Hinweis darauf, dass H2A.Z auch an der Reparatur von DNS Doppelstrangbrüchen beteiligt ist. Die Aufschlüsselung der spezifischen Zusammensetzung aller drei Komplexe gab einige Hinweise darauf, wie sie sowohl während der Transkriptionsregulation als auch der Reparatur von DNS Doppelstrangbrüchen miteinander interagieren. Im Zuge einer molekularen Umgebungskartierung, die mit einer der Untereinheiten des TbSWR1 Komplexes durchgeführt wurde, konnten mehrere Transkriptionsfaktoren und Enzyme zur Histonmodifizierung identifiziert werden. Dabei wurden auch einige Proteine identifiziert, welche möglicherweise mit der Umformung des Chromatins in Zusammenhang stehen. Abschließend ist festzuhalten, dass diese Arbeit einige äußerst interessante Einsichten über die Zusammensetzung der Komplexe, die am H2A.Z Einbau in T. brucei beteiligt sind, liefern konnte. Darüber hinaus stellt sie einige wertvolle Informationen zur Verfügung. Diese könnten zur gezielten Planung von Experimenten genutzt werden, um mehr über RNA-Polymerase II vermittelte Transkription und Chromatin Umstrukturierung in T. brucei im speziellen und in Kinetoplastiden im Allgemeinen zu erfahren.
KW  - Chromatinremodelling
KW  - Histone
KW  - Transkription
KW  - Chromatinremodeling
KW  - Histones
KW  - Variants
KW  - Complexes
Y1  - 2022
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-257960
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Eisenhuth, Nicole
A1  - Vellmer, Tim
A1  - Rauh, Elisa T.
A1  - Butter, Falk
A1  - Janzen, Christian J.
T1  - A DOT1B/Ribonuclease H2 Protein Complex Is Involved in R-Loop Processing, Genomic Integrity, and Antigenic Variation in Trypanosoma brucei
JF  - mbio
N2  - The parasite Trypanosoma brucei periodically changes the expression of protective variant surface glycoproteins (VSGs) to evade its host's immune sys-tem in a process known as antigenic variation. One route to change VSG expres-sion is the transcriptional activation of a previously silent VSG expression site (ES), a subtelomeric region containing the VSG genes. Homologous recombination of a different VSG from a large reservoir into the active ES represents another route. The conserved histone methyltransferase DOT1B is involved in transcriptional silencing of inactive ES and influences ES switching kinetics. The molecular machin-ery that enables DOT1B to execute these regulatory functions remains elusive, however. To better understand DOT1B-mediated regulatory processes, we purified DOT1B-associated proteins using complementary biochemical approaches. We iden-tified several novel DOT1B interactors. One of these was the RNase H2 complex, previously shown to resolve RNA-DNA hybrids, maintain genome integrity, and play a role in antigenic variation. Our study revealed that DOT1B depletion results in an increase in RNA-DNA hybrids, accumulation of DNA damage, and ES switch-ing events. Surprisingly, a similar pattern of VSG deregulation was observed in RNase H2 mutants. We propose that both proteins act together in resolving R-loops to ensure genome integrity and contribute to the tightly regulated process of anti-genic variation.
KW  - DOT1B
KW  - R-loop
KW  - antigenic variation
KW  - chromatin structure
KW  - genomic integrity
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-260698
VL  - 12
IS  - 6
ER  -