Factors involved in DNA demethylation

• Main Author: D'Alessio, Ana
• Other Authors: Moshe Szyf (Supervisor)
• Format: Others
• Language: en
• Published: McGill University 2008
• Subjects: Biology - Molecular
• Online Access: http://digitool.Library.McGill.CA:80/R/?func=dbin-jump-full&object_id=18704

The epigenome, which is comprised of chromatin, associated proteins, and the pattern of covalent modification of DNA by methylation, sets up and maintains gene expression programs. A hallmark of mammalian genomes is the compartmentalization of the DNA into dense inactive chromatin, which is hypermethylated, and active open chromatin, which is hypomethylated. It was originally believed that DNA methylation was the dominant factor determining chromatin structure. However, emerging data suggest that chromatin structure can affect DNA methylation triggering either de novo DNA methylation or demethylation, implying the existence of a bidirectional relationship between chromatin structure and DNA methylation.This thesis studies the mechanisms that control crosstalk between chromatin activation and DNA demethylation. In Chapter 2, I show that the histone deacetylase inhibitor, valproate, induces demethylation of three unrelated, endogenous genes in HEK293 cells (a cancer-testis antigen, a tumor suppressor gene, and a matrix metalloproteinase); these demethylation events occurred in the same time frame where we mapped active DNA demethylation of a non-replicating pCMV-GFP probe. Thus, Chapter 2 shows that drugs that function transiently and reversibly on chromatin, could also alter DNA methylation and cause widespread gene demethylation. This issue raises concerns about the safety of valproate for treating disease in humans.The fact that histone deacetylase inhibitors cause DNA demethylation leads to a model where the access of DNA demethylases to methylated CpGs is determined by the state of acetylation of the histones. In Chapter 3, I analyze the validity of this model by characterizing the time course of events leading from histone acetylation to DNA demethylation using a non-replicating pCMV-GFP probe, which measures active DNA demethylation. I found that histone acetylation precedes DNA demethylation. H3 trimethyl lysine 4 methylation, a marker of actively transcrib === L'épigénome est constitué de la chromatine, de protéines associées et de groupement méthyles liés de façon covalente à l'ADN qui en somment, régulent et maintiennent l'expression génique. Une particularité du génome des mammifères est la compartimentalisation de l'ADN en deux formes ; l'une dont la chromatine est compacte et inactive, qui est hyperméthylée, et l'autre dont la chromatine est ouverte et active, qui est hypométhylée. On a cru à l'origine que la méthylation de l'ADN était le facteur dominant qui déterminait la structure de la chromatine. Cependant, des données récentes suggèrent que cette structure puisse affecter l'ADN en déclenchant la méthylation ou la déméthylation de novo de l'ADN, impliquant l'existence d'un rapport bilatéral entre la structure de la chromatine et la méthylation de l'ADN.La présente thèse, étudie les mécanismes qui commandent l'interface entre l'activation de la chromatine et la déméthylation de l'ADN. Au deuxième chapitre, j'apporte en effet la preuve que le valproate, inhibiteur de l'histone déacétylase, induit la déméthylation de trois endogènes indépendants chez les cellules HEK 293 (un antigène du cancer et des testicules, un gène suppresseur de tumeur, et une metalloprotéinase de matrice.) Ces événements de déméthylation se produisent au même moment où nous avons aperçu une déméthylation active de l'ADN de la sonde non-répliquable pCMV-GFP. Ainsi, le chapitre deux prouve que les médicaments, qui fonctionnent de façon transitoire et réversible sur la chromatine, pourraient également changer la méthylation de l'ADN et causer une déméthylation disséminée des gènes. Cette question soulève des inquiétudes concernant la sûreté de ce médicament, le valproate, pour traiter les maladies chez l'homme.Le fait que les inhibiteurs d'histone déacétylase causent la déméthylation de l'ADN mène à un modèle où l'accès des déméthylases d'ADN à certains CpGs$