Alternative DNA methylation dependent gene silencing pathways and its affect on genome stability in Drosophila

Abstract

In der vorliegenden Arbeit wurden mit Hilfe von 67 white varigierende P-Element-Linien (P[w+]) verschiede eu- und heterochromatische Reaktionswege des Gen-Silencings in Drosophila untersucht. Das white-Gen der P-Element-Linien diente dabei als Indikator der Genaktivität an unterschiedliche Loci im Drosophila-Genom. Um den Einfluss von DNA-Methylierung auf diese Silencing-Prozesse beurteilen zu können, wurden mehrere Dnmt2-Mutantenallele erzeugt. Mit Hilfe dieser neuen Dnmt2-Mutanten konnte erstmals eine signifikante DNMT2 abhängige DNA-Methylierung in der frühen Embryogenese gezeigt werden. Eine Unterdrückung des white-Gen-Silencings der P-Element-Linien im Mutantenhintergrund, gab dabei Aufschluss über Genombereiche an denen DNMT2 wirkt. Es stellte sich heraus, dass das Enzym in frühen Embryonen Retrotransposonsequenzen methyliert und SUV4-20 abhängige H4K20-Trimethylierung initiiert. Fehlendes DNMT2 unterbindet die H4K20-Trimethylierung an LTR-Sequenzen in somatischen Zellen und beeinträchtigt die Aufrechterhaltung des Retrotransposon-Silencings. In Dnmt2- und Suv4-20-Nullmutanten kommt es zu einer Überexpression von Retrotransposons. Diese Überexpression ist auf das Soma begrenzt. In der Keimbahn werden Retrotransposonsequenzen über einen RNAi abhängigen Mechanismus kontrolliert. DNMT2 beeinflusst außerdem die Stabilität der Telomere an den Chromosomenarmen 2R und 3R. In Dnmt2-Nullmutanten tritt ein stabiler Verlust der subtelomerischen defekten Invader4-Cluster auf. Insgesamt zeigen diese Ergebnisse, dass DNA-Mehtylierung einen zuvor unerwarteten Effekt auf das Retrotransposon-Silencing und die Telomerstabilität in Drosophila besitzt.