Reprogrammierung von 5-methyl-Cytosin in Säugetieren

Abstract

Die Methylierung von DNA spielt in vielen essentiellen Prozessen, so auch in der Entwicklung eines Lebewesens, eine entscheidende Rolle. Sie wird zumindest nach der Befruchtung und während der Entwicklung der Keimzellen schnell, effizient und replikationsunabhängig reprogrammiert. Ich konnte einen Versuchsansatz entwickeln, mit dessen Hilfe man den biochemischen Mechanismus, und die an diesem Prozess beteiligten Komponenten studieren kann. Außerdem war ich in der Lage zu zeigen, dass die Erhaltung der Methylierung von drei verschiedenen repetitiven DNA-Elementen des Mausgenoms während der Entwicklung der Keimzellen unterschiedlich effizient ist. Dazu habe ich ein Modell entworfen, das zeigt, wie der Histonkode im Zusammenspiel mit den Methyltransferasen zu dem jeweiligen Verlust oder Erhalt der Methylierung in diesen Regionen beitragen kann. Die Untersuchung einer Familie mit männlichen monozygoten Zwillingen, diskordant für BWS, ergab, dass eine Hypomethylierung im IC2 der BWS Region nicht exklusiv bei weiblichen monozygoten Zwillingen, die diesen Phänotyp zeigen, auftritt. In diesem Zusammenhang konnte ich feststellen, dass in dem Promotorbereich des humanen Lit1 Gens des gesunden Zwillings zwei CpGs in den unmethylierten Klonen methyliert sind. Dies ist ein Hinweis auf einen möglichen Regulationsmechanismus dieser Region. Zudem habe ich ein Ungleichgewicht in der Expression von Igf2 und CDKN1C detektiert, was evtl. mit dem Auftreten von BWS in Zusammenhang steht.

In mammals methylation is an important developmental modification of DNA. During development this modification has to be reprogrammed in a fast, efficient and replication independent manner. To date it is not known how this is facilitated especially in a genome wide range after fertilization or during PGC development. In my thesis I was able to develop a suitable assay to study the basic biochemistry of this process and its participating compounds. In addition I studied the maintenance of methylation in repetitive elements in the mouse genome during PGC development and designed a model how PGCs keep or lose their methylation in these regions. A thorough analysis of a family with male monozygotic twins discordant for BWS revealed that aberrant methylation of IC2 is not exclusive for female monozygotic twins who are discordant for BWS. In addition I found two distinct CpGs in the promoter region of Lit1 which showed methylation on the unmethylated sequences especially in the healthy twin of a male monozygotic twin pair discordant for BWS, which might be correlated with allelic repression in this IC. At the end I was able to show, that an imbalance of the expression between Igf2 and Cdkn1C might be a cause for BWS.