dc.contributor.author
Roloff, Tim-Christoph
dc.date.accessioned
2018-06-08T01:41:21Z
dc.date.available
2005-07-08T00:00:00.649Z
dc.identifier.uri
https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/13712
dc.identifier.uri
http://dx.doi.org/10.17169/refubium-17910
dc.description
Cover
Table of Contents
page
1
Abbreviations
page
6
Abstract
page
8
1\. Introduction
page
10
2\. Materials and Methods
page
35
3\. Results
page
55
4\. Discussion
page
80
5\. German Summary
page
95
6\. Annex
page
97
7\. References
page
98
Acknowledgements
page
110
Curriculum Vitae and Publications
page
111
dc.description.abstract
Mutations in the gene coding for the methyl-CpG binding protein 2 (MECP2)
cause a severe form of mental retardation known as Rett syndrome. Almost
exclusively girls are affected by this disease. The first mutations in the
X-chromosomal gene MECP2 have been described in 1999, but the molecular
mechanisms underlying the disorder are still unknown. MECP2 can act as a
transcriptional repressor and only two neuronal target genes (Bdnf and Dlx5)
have been identified so far. While MECP2 is expressed ubiquitously, the
phenotype of the disease is primarily neuronal. This suggests that MECP2 has
an important function in the brain, whereas, in peripheral tissues, loss of
function of MECP2 might be compensated by functionally redundant proteins.
To find proteins that could potentially mediate such a compensation, two
strategies were applied. In a first project, a bioinformatics approach was
used to find additional polypeptides that contain an methyl-CpG binding domain
(MBD), the domain of MECP2 which binds to methylated CpGs. Six new such
proteins could be detected and were studied for their expression and domain
structure.
A second project aimed at identifying proteins with an overall amino acid
similarity to MECP2. Such proteins could point to additional, so far unknown
functions of MECP2. Two proteins were identified by database screens and their
properties are discussed in this thesis. The structure of one of them, the
neurofilament NEFH, suggests that MECP2 has an elongated shape.
To elucidate the target genes of MECP2 in the brain, chromatin
immunoprecipitation (ChIP) was established and combined with a cDNA microarray
approach. An animal model for Rett syndrome was used for this analysis. The
microarray experiment showed, that Mecp2-null animals differentially express
several genes that are induced during stress response by glucocorticoids.
Increased levels of mRNAs for plasma glucocorticoid-inducible kinase 1 (Sgk)
and FK506-binding protein 51 (Fkbp5) were observed. Immunohistochemistry
revealed, that in mouse brains Mecp2 and Fkbp5 as well as Sgk are expressed in
the same cells. These results suggests a modulating function of MECP2 in gene
expression regulation rather than a total repression since the transcriptional
repressor MECP2 and its target genes are expressed in the same cells.
In Fkbp5, three MECP2-binding regions could be determined by ChIP. One of the
regions is also a target site for the glucocorticoid receptor (GR). Therefore
a model can be proposed in which MECP2 and GR compete for a binding site in
Fkbp5 and regulate its transcription. In Rett patients this regulation would
be disturbed due to the loss of function of MECP2 leading to a constant
overexpression of glucocorticoid pathway downstream targets and potentially to
several features of the Rett syndrome phenotype.
de
dc.description.abstract
Rett Syndrom, eine schwere Form der geistigen Behinderung, wird durch
Mutationen in dem X-chromosomalen Gen des Methyl-CpG bindenden Proteins 2
(MECP2) verursacht und kommt fast ausschließlich bei Mädchen vor. Mutationen
in MECP2 wurden erstmals 1999 beschrieben, die molekularen Mechanismen, welche
der Krankheit zugrunde liegen, sind bisher aber unbekannt. Eine bekannte
Funktion von MECP2 ist die der Transkription-Repression.
Lediglich zwei neuronale Zielgene (Bdnf und Dlx5) wurden jedoch bisher
beschrieben. Obwohl MECP2 ubiquitär exprimiert ist, besteht bei Rett Syndrom
Patienten ein primär neuronaler Phänotyp. Diese Beobachtung lässt die
Vermutung zu, dass MECP2 im Gehirn eine wichtige Funktion erfüllt, während in
peripheren Geweben der Funktionsverlust von MECP2 durch ein funktionell
redundantes Protein kompensiert werden könnte.
Um Proteine zu finden, die eine solche kompensatorische Funktion übernehmen
könnten, wurden zwei Strategien angewandt. Im ersten Projekt wurde mit
bioinformatischen Mitteln nach Proteinen gesucht, die ebenso wie MECP2 eine
methyl-CpG bindende Domäne (MBD) besitzen. Sechs solcher Proteine wurden
gefunden und auf ihre Expression und Domänenstruktur hin untersucht.
Das zweite Projekt zielte darauf ab, Proteine zu identifizieren, die eine
globale Ähnlichkeit zu MECP2 aufweisen. Solche Proteine sollten Rückschlüsse
auf die Form und eventuell sogar auf bisher unbekannte Funktionen von MECP2
zulassen. Zwei solche paralogen Polypeptide wurden gefunden und die Struktur
eines dieser, NEFH, lässt vermuten, dass MECP2 eine längliche Form hat. Der
Sequenzvergleich zwischen NEFH und MECP2 deutet zudem auf eine potentielle
Phosphorylierungsstelle in MECP2 hin.
Um Zielgene von MECP2 im Gehirn zu finden, wurde die
Chromatinimmunpräzipitation (ChIP) etabliert und mit cDNS-Mikroarray
Untersuchungen eines Mausmodells für Rett Syndrom kombiniert. Die Auswertung
der Mikroarray-Daten zeigte, dass in diesen Tieren mehrere Gene differenziell
exprimiert sind, die normalerweise während der Stressanwort durch
Glukokortikoide reguliert werden. Erhöhte mRNS-Werte konnten für die "Plasma
Glukokortikoid-induzierbare Kinase 1" (Sgk) sowie für das "FK506-bindende
Protein 51" (Fkbp5) nachgewiesen werden. Durch Immunfärbung histologischer
Gehirnschnitte, konnte gezeigt werden, dass Mecp2 und Fkbp5 sowie Sgk in
denselben Zellen des Gehirns synthetisiert werden. Dies legt nahe, dass MECP2
eher eine Modulation der Expression bewirkt, als eine komplette Repression.
Mittels ChIP konnten drei Bindungsstellen von MECP2 in der genomischen Region
von Fkbp5 gefunden werden. Eine dieser Bindungsstellen kann zudem auch vom
Glukokortikoid-Rezeptor (GR) gebunden werden. Aufgrund dieser Ergebnisse wurde
eine Hypothese formuliert, nach der MECP2 und GR um die Bindung an eine Region
im Fkbp5 Gen konkurrieren und beide die Expression von FKBP5 regulieren. In
Rett Syndrom Patienten ist diese Regulation auf Grund des Funktionsverlusts
von MECP2 gestört. Dies würde zu einer Überexpression von Glukokortikoid-
regulierten Genen führen, wodurch mehrere Merkmale des Rett Syndrom-Phänotyps
erklärt werden könnten.
de
dc.rights.uri
http://www.fu-berlin.de/sites/refubium/rechtliches/Nutzungsbedingungen
dc.subject
DNA methylation
dc.subject
Methyl-CpG-binding Protein 2 (MECP2)
dc.subject.ddc
500 Naturwissenschaften und Mathematik::570 Biowissenschaften; Biologie::570 Biowissenschaften; Biologie
dc.title
Identification of MECP2 target genes and of proteins related to MECP2
dc.contributor.firstReferee
Prof. Dr. H.-Hilger Ropers
dc.contributor.furtherReferee
Prof. Dr. Ferdinand Hucho
dc.date.accepted
2005-04-25
dc.date.embargoEnd
2005-07-11
dc.identifier.urn
urn:nbn:de:kobv:188-2005001696
dc.title.translated
Identifizierung von MECP2-Zielgenen und Proteinen verwandt mit MECP2
de
refubium.affiliation
Biologie, Chemie, Pharmazie
de
refubium.mycore.fudocsId
FUDISS_thesis_000000001682
refubium.mycore.transfer
http://www.diss.fu-berlin.de/2005/169/
refubium.mycore.derivateId
FUDISS_derivate_000000001682
dcterms.accessRights.dnb
free
dcterms.accessRights.openaire
open access