Functional analysis of JmjC+N histone demethylases in Drosophila melanogaster

Abstract

La metilació de les lisines de les histones està implicada en les funcions associades a la cromatina, com l’expressió gènica o la formació d’heterocromatina. És una modificació covalent afegida per metiltransferases d’histones i eliminada per desmetilases d’histones, que han estat descobertes recentment. Hem caracteritzat els grups de desmetilases que contenen dominis Jumonji C i Jumonji N a l’organisme model Drosophila melanogaster. Observem que les dues dKDM4 actuen sobre H3K36me3 i H3K9me3 i que LID/dKDM5 desmetila H3K4me3. La distribució d’HP1a es veu afectada per la sobreexpressió de dKDM4A. A més, hem analitzat la localització de LID/dKDM5 als discos imaginals d’ala i quins efectes té LID sobre l’expressió gènica i la trimetilació de H3K4 en aquest teixit. Hem observat que LID es troba als llocs d’inici de la transcripció de gens actius relacionats amb diferenciació i desenvolupament. Els gens diana de LID contenen H3K4me3 i H3K36me3 i RNAPII fosforilada a la serina 5 i a la serina 2. Una disminució de lid provoca una lleu baixada en l’expressió dels seus gens diana, la qual cosa suggereix que la desmetilasa té un paper en l’ajust dels nivells d’expressió.

Histone lysine methylation is involved in chromatin related cell functions, such as gene expression or heterochromatin formation. It is a covalent modification added by histone methyltransferases and removed by histone demethylases, discovered in the recent years. We characterized the groups of demethylases that contain both Jumonji C and Jumonji N domains in the model organism 2 Drosophila melanogaster. We show that dKDM4s act on H3K36me3 and H3K9me3 and LID/dKDM5 targets H3K4me3. HP1a distribution is affected by dKDM4A overexpression. In addition, we analyzed LID/dKDM5 localization in wing imaginal discs and how LID affects gene expression and trimethylation of H3K4 in this tissue. We observed that LID localizes at the transcription start sites of active genes related to development and differentiation. LID target genes contain H3K4me3 and H3K36me3 and RNAPII, phosphorylated at serine 5 and serine 2. Downregulation of lid produces a weak decrease in the expression of LID targets, suggesting a role of the demethylase in fine-tuning expression levels.