Funktionelle Analyse von cis- bzw. trans-regulierenden Elementen der Dlk1/Gtl2 Imprinting-Region

Abstract

Thema der vorliegenden Arbeit war die Identifizierung und Charakterisierung wichtiger Regulations-Elemente der Dlk1/Gtl2 Imprinting-Region. Mit Hilfe bioinformatischer Methoden wurden putative Regulations-Elemente ausgewählt und der experimentellen Analyse zugeführt. Zur Aufdeckung cis-regulatorischen Potenzials diente ein auf dem Luciferase-Gen basierender Reporter-Assay. Im Bereich der IG-DMR konnte so signifikantes regulatorisches Potenzial in Form von Promotor-Aktivität, Enhancer-Aktivität bzw. Insulator-Aktivität identifiziert werden. Durch RT-PCRs konnte ferner gezeigt werden, dass die murine IG-DMR Promotor-Aktivität auf das maternale Chromosom und frühe Embryonalstadien beschränkt ist. Des Weiteren wurden im Bereich des Gtl2-Gens zwei Elemente mit Silencer-Potenzial bzw. Insulator-Potenzial identifiziert. Die Auswertung der Reporter-Assays und die Einbeziehung von Literatur-Daten erlaubte schließlich die Erstellung mehrerer Modelle, die die Dlk1/Gtl2 Imprinting-Regulation beschreiben. Ein weiterer Aspekt der Arbeit war die funktionelle Analyse von miRNAs der Dlk1/Gtl2 Region. Dazu wurden exemplarisch fünf der ca. 50 miRNAs ausgewählt und einem eigens etablierten Reporter-Assay zur Detektion von RNAi-Effekten zugeführt. In den RNAi-Assays zeigten zwei der 15 getesteten Bindestellen signifikante RNA-Interferenz-Effekte. Dies sind die ersten bekannten Hinweise dafür, dass die Gene P2rx7 und Scn5a direkte Targets der miRNAs mir-154 und mir-323 darstellen.

Main topic of this thesis was the identification and characterization of regulatory-elements of the Dlk1/Gtl2 imprinted region. To identify putative regulatory elements a thorough in silico analysis was performed. Subsequently luciferase-gene based reporter-assays were used to uncover regulatory-potential. For the first time, regulatory potential could be observed in the IG-DMR revealing elements with significant promoter-activity, enhancer-activity and insulator-activity respectively. Additional experiments such as RT-PCRs and SNuPE-assays were used to characterize the murine IG-DMR promoter-element. Its activity was restricted to the maternal allele and to early embryonic development. This suggests a regulatory function of the IG-DMR mainly at pre-implantation stages. Furthermore two elements near the Gtl2-gene were revealed, showing silencer- and insulator-potential respectively. Finally, the results of the reporter-assays were conducted to develop a model describing imprinting-regulation of the Dlk1/Gtl2 region. Another aspect of the thesis was a functional analysis of the microRNA-cluster in the Dlk1/Gtl2 domain. Therefore, five of the approx. 50 miRNA-genes were chosen and tested in a previously established reporter-assay, which detects RNAi-effects. The performed RNAi-assays resulted in the validation of two (out of 15) miRNA-binding sites. These are the first hints for a direct regulation of the P2rx7 and Scn5a-genes by mir-154 and mir-323.