Analyse genomweiter DNA-Methylierungsmuster humaner und muriner Zelltypen mittels MeDIP-Chip

Abstract

Thema der vorliegenden Arbeit war die Generierung genomweiter DNA Methylierungsprofile verschiedener Zelltypen mit Hilfe der Immunopräzipitation methylierter DNA (MeDIP) und anschließender Microarray-Analyse. Dies erforderte eine laborinterne Etablierung und Optimierung experimenteller Parameter sowie die Erarbeitung bioinformatischer Analyseschritte. Zum Einen wurden kryokonservierte HepG2-Zellen im Vergleich zu unbehandelten Kontrollen analysiert um eine potentielle Epimutagenese infolge abiotischen Stresses zu untersuchen. Die Resultate führten zu dem Schluss, dass die DMSO-basierte Kryopreservation der analysierten Zellen keine vererbbaren Langzeiteffekte die DNA-Methylierung betreffend verursachen. Zum Anderen wurden verschiedene murine Stammzelltypen epigenetisch charakterisiert, um so zu einem besseren Verständnis entwicklungsspezifischer Vorgänge beizutragen. Die Promotor-Regionen reprogrammierter pluripotenter Keimbahnstammzellen (gPS) wiesen dabei zwar ESC-ähnliche Muster auf, deuteten aber z.T. auf eine unvollständige bzw. aberrante Reprogrammierung hin. Die Resultate ließen eine Kompensation fehlerhafter Methylierungsmuster vermuten, da kein Zusammenhang mit Expressionsmustern oder eine Beeinträchtigung des Zellpotentials vorlag. Methylierungsmuster der dem Epiblast enstammenden Zellen (EpiSC) scheinen dagegen ein Stadium der vorbereiteten Pluripotenz wider zu spiegeln, wie es sich während der frühen Embryonalentwicklung findet.

Main topic of this thesis was the analysis of genomewide DNA-methylation patterns in different celltypes using the immunoprecipitation of methylated DNA (MeDIP) with subsequent microarray-hybridization. To this end, wet-lab procedures and bioinformatic workflows have been established and optimized. Firstly, chromosome-wide methylation patterns of cryopreserved HepG2 cells were compared to untreated controls to explore a potential epimutagenesis after abiotic stress induction. As a result, no global changes in DNA methylation patterns were observed between two groups by bisulfite sequencing and MeDIP-chip, respectively. Furthermore, there was no direct link between expression patterns and MeDIP-enrichments. These results indicate that DMSO-treatment and freezing/thawing of HepG2 cells do not cause severe heritable long-term effects in terms of DNA methylation. Secondly, different murine stem cell types were characterized by MeDIP-chip, thus contributing to the understanding of developmental events. Promoter-regions of pluripotent germline stem cells (gPS) possessed ESC-like patterns but indicated incomplete and aberrant reprogramming. A compensation of altered methylation patterns by unknown mechanisms was assumed as no direct relationship to expression patterns or an impairment of cell potency was obvious. Methylation signatures of epiblast stem cells (EpiSC) represented a naive pluripotent state found similar during early embryonic development.