Estudio funcional de la variante embrionaria de la histona H1 de Drosophila

Abstract

En los metazoos existen múltiples variantes de histona H1, siendo algunas de ellas específicas de la línea germinal y la embriogénesis temprana. Las variantes embrionarias están presentes mientras el genoma del zigoto está transcripcionalmente inactivo y posteriormente son reemplazadas por las variantes de H1 somáticas. En el caso de Drosophila, la reducción de los niveles de la variante embrionaria, dBigH1, tiene como resultado la activación prematura del genoma zigótico, lo que sugiere una posible implicación de dBigH1 en la represión del genoma. Durante el desarrollo de esta tesis doctoral hemos utilizado células S2 de Drosophila, que no expresan dBigH1, para caracterizar los efectos diferenciales de dBigH1 sobre la transcripción en comparación con la variante somática, dH1. Hemos visto que cuando expresamos dBigH1 en células S2 se incorpora a la cromatina uniformemente y, además, reemplaza la dH1. La expresión de dBigH1 en estas células, además, regula negativamente la transcripción. Esta regulación negativa se debe a que dBigH1 interfiere en la unión de la RNA polimerasa II y en la acetilación de las histonas. Por otro lado, en este trabajo también hemos estudiado la función de los diferentes dominios de dBigH1 y hemos encontrado que el dominio C-terminal es necesario para su unión a la cromatina. En cambio, la región N-terminal contiene una región rica en residuos ácidos, llamada dominio ED, que es el responsable del reemplazo de dH1 y la represión de la transcripción ya que cuando expresamos una forma truncada de la proteína que no contiene el dominio ED, dBigH1 no interfiere en la unión de la RNA polimerasa II y la acetilación de las histonas. Además, dBigH1 está presente en la línea germinal femenina. dBigH1 se expresa en las células madre germinales y en sus hijas, los cistoblastos. Posteriormente desaparece en la región de divisiones mitóticas y se vuelve a expresar en las cámaras ováricas. A medida que se desarrollan las cámaras ováricas, la expresión de dBigH1 queda restringida al oocito. Además, en la línea germinal femenina encontramos dH1, que coexiste con dBigH1 en las células madre germinales, cistoblastos y, durante los primeros estadios del desarrollo de las cámaras ováricas, el oocito. En este trabajo hemos visto que las células que contienen ambas variantes son activas transcripcionalmente. Sin embargo, cuando el genoma del oocito está totalmente silenciado únicamente encontramos dBigH1, a excepción de los estadios 8-11, en los que dBigH1 permite la reanudación de la actividad transcripcional. En este trabajo también hemos estudiado la regulación de la expresión de dBigH1 en la línea germinal femenina y hemos encontrado que está regulada postranscripcionalmente mediante señales localizadas en la región 3’UTR del mRNA. Finalmente, hemos encontrado que uno de los responsables de la regulación de dBigH1 es Brat, probablemente de manera directa a través de la unión al 3’UTR del mRNA de dBigH1.

Linker histones H1 are one of the main components of chromatin. Histone H1 is a highly heterogeneous family of proteins and several variants have been described in metazoa. Some of them are specifically expressed in the germline and are retained in the early embryo. However, in Drosophila, only one somatic H1, dH1, and one embryonic and germline-specific variant, dBigH1, have been described. dBigH1 is present during early embriogenesis, when the zygotic genome is silenced and is replaced at cellularization by dH1. The reduction of dBigH1 levels results in a premature activation of the zygotic genome, suggesting a role of dBigH1 in transcriptional silencing. We report here that ectopic expression of dBigH1 in Drosophila S2 cells results in dBigH1 binding across chromatin and replacement of dH1. This binding and replacement result in down-regulation of gene expression by altering RNApol II binding and histone acetylation at promoters. We also show that the effects of dBigH1 depend on the highly acidic ED-domain of the N-terminal tail, since a truncated form lacking this domain does not replace dH1 or affect transcription. We also show that dBiH1 is present in the female germline. dBigH1 is expressed in the germ stem cells and cystoblasts, disappears in the mitotic divisions region and is expressed again in cysts cells that are surrounded by the follicular cells to form an egg chamber. As the egg chambers develop, dBigH1 expression is restricted to the oocyte. In the germline dBigH1 and dH1 coexist in germ stem cells, cystoblasts and early oocytes. However, dBigH1 is the only variant present in the oocyte when is completely silenced. We demonstrate also that in cyst cells, dBigH1 expression is postranscriptionally regulated through signals present in the mRNA 3’UTR region. Finally, we show that Brat participates in the down-regulation of dBigH1 expression, probably through a direct mechanism.