Steroid receptor activity necessitates the interaction with various coactivators or corepressors. Among these cofactors, enzymes have been identified that locally modify histone tails, mainly histone 3 (H3) and histone 4 (H4). The H3K4 methylation mark is often found in the regulatory regions of transcriptionally active genes. However, how far steroid receptors use this histone mark for the regulation of downstream target genes has not been extensively analysed. The objective of this work was to study the possible role of the JARID1 family members, a subgroup of the JmjC family known to have a H3K4me2/3 demethylase activity, in ERα and AR function. Using MCF-7 breast cancer cells as model, it was found that JARID1A was involved in the fine-tuning of PR gene expression. Reduction of JARID1A led to enhanced PR expression, both at the basal and estrogen-stimulated levels. Conversely, overexpression of JARID1A wild-type, but not of the enzymatically inactive form, suppressed PR promoter activity. Chromatin immunoprecipitation (ChIP) experiments showed JARID1A to bind in a ligand-independent manner to a region located downstream of the PRB transcription start point and containing an estrogen response element (ERE) half-site. Estrogen treatment led to increased RNA polymerase II binding to this region and to increased ERα binding to the PR enhancer region 1 located more upstream. In addition, an increase in H3K4 trimethylation was detected at the ERE half-site region. Reduction of JARID1A expression led to increased H3K4 di- and especially trimethylation in this region. Analysis of MDA-MB-231 cells which do not express the PR indicated that H3K4 trimethylation did not take place in the regulatory regions examined. In the second part of this work, JARID1D was found to modulate the expression of several androgen-regulated genes. Expression knock-down in the prostate cancer cell line LNCaP resulted in a ligand-independent decrease of PSA, KLK2 and TMPRSS2 gene expression. AR levels were also repressed, both at the mRNA and protein levels. JARID1D formed a complex with the AR in the presence of hormone. ChIP assays showed that both proteins colocalised at the distal enhancer region of PSA. Altogether this work shows H3K4 tri- and dimethylation to play an important role in mediating ERα function, and JARID1A to be the histone-demethylating enzyme responsible for the removal of this mark. In addition, JARID1D was identified as a regulator of AR expression and function. The results of this work underscore the importance of epigenetic modifications in steroid receptor function and provide new insights in JARID1 family function.
In ihrer Funktion als Transkriptionsfaktoren benötigen Steroidrezeptoren die Wechselwirkung mit unterschiedlichen Koaktivatoren und Korepressoren. Unter diesen Kofaktoren wurden Enzyme identifiziert, die die Enden der Histone, hauptsächlich Histon 3 (H3) und Histon 4 (H4), modifizieren. Methylierung am Lysin 4 des Histon 3 wird häufig bei aktiven Genen gefunden. Es ist jedoch nicht klar, inwieweit Steroidrezeptoren diese Modifikation für die Regulation von Zielgenen verwenden. Daraus resultierend beschäftigt sich die vorliegende Arbeit mit der Untersuchung einer möglichen Rolle der JARID1 Familienmitglieder, einer Untergruppe der JmjC Familie mit Demethylase- Aktivität für das Histon 3 am Lysin 4 (H3K4), im Estrogen- (ER) und Androgenrezeptor (AR) Signalweg. Im ersten Teil der Arbeit wurde unter Verwendung der Brustkrebszelllinie MCF7 als Modell herausgefunden, dass JARID1A an der Regulation der Genexpression des Progesteronrezeptors (PR) beteiligt ist. Die Reduktion von JARID1A führte sowohl auf basalem als auch auf Estrogen-stimuliertem Level zu einer erhöhten PR Expression. Umgekehrt wurde die PR-Promotoraktivität durch Überexpression des JARID1A Wildtyps, nicht aber der enzymatisch inaktiven Form, unterdrückt. Chromatin- Immunoprezipitationsexperimente (ChIP) zeigten, dass JARID1A in einer liganden-unabhängigen Weise an eine Region bindet, die dem transkriptionellen Startpunkt von PRB nachgelagert ist und ein halbes estrogen response element (ERE) enthält. Estrogen-Behandlung führte zu einer erhöhten Bindung der RNA Polymerase II an diese Region und zu einer erhöhten ERα-Bindung an die vorgelagerte PR enhancer Region 1. Zusätzlich wurde ein Anstieg der H3K4 Trimethylierung an dem halben ERE detektiert. Die Reduktion der JARID1A Expression führte zu einer erhöhten H3K4 Di- und vor allem Trimethylierung in dieser Region. Untersuchungen in MDA-MB-231 Zellen, die den PR nicht exprimieren, zeigten keine Trimethylierung in den untersuchten Regulationsregionen. Im zweiten Teil der Arbeit wurde herausgefunden, dass JARID1D die Expression von mehreren Androgen-regulierten Genen moduliert. Eine Verringerung der JARID1D Expression in der Prostatakrebszelllinie LNCaP führte zu einer liganden-unabhängigen Unterdrückung verschiedener AR-Zielgene. Sowohl auf mRNA- als auch auf Proteinebene konnte zusätzlich eine Verringerung in den AR Levels nachgewiesen werden. JARID1D bildete in Anwesenheit des Hormons einen Komplex mit dem AR. ChIP Experimente zeigten, dass beide Proteine an der distalen enhancer Region des PSA Gens kolokalisieren. Insgesamt konnte mit der vorliegenden Arbeit gezeigt werden, dass H3K4 Tri- und Dimethylierung eine wichtige Rolle bei der Vermittlung der ERα Funktion spielen. Insbesondere wurde dabei JARID1A als das Histon-demethylierende Enzym charakterisiert, das für das Entfernen dieser Markierungen verantwortlich ist. Zusätzlich konnte JARID1D als Regulator der AR Expression und Funktion identifiziert werden. Die Ergebnisse dieser Doktorarbeit unterstreichen daher die Bedeutung von Histonmodifikationen in der Funktion von Steroidrezeptoren und liefern in diesem Zusammenhang neue Erkenntnisse zu der JARID-Proteinfamilie.
