Regulation of Oikopleura dioica's alternative cell cycle modes

Abstract

The eukaryotic cell cycle is one of the most studied biological processes. However, variations of the canonical cell cycle have been discovered and found to be more predominant than previously expected. Endoreplication and endocycling - two such variants - produce polyploid cells, conferring advantages in growth and genotoxic stress. Although some of the regulatory principles of these cycles are being discovered, little is known about how cells can transition from a mitotic cell cycle to them. Recently, it has been proposed that methylation of histone 3 lysine 79 (H3K79me) might have a function distinct from most histone modifications - a timer for a cell’s age -, for methylation of all H3K79 states is performed in a distributive fashion (unlike all other methylated lysines in histones) by Dot1 and no demethylase is known. Functional studies on Dot1 have shown aberrant patterns of replication, linking it directly to a cell’s ability to regulate its cell cycle. This project aims to study the mechanisms of transition between different cell cycle modes in Oikopleura dioica - a marine chordate employing endocycling extensively through its life cycle. We performed ChIP-seq on two antagonist transcription factors (E2F1 and E2F7) involved in the control of cell cycle progression that have been shown to have differential patterns of regulation in mitotic and endocycling cell cycle modes. Results reveal a high degree of spatial and temporal occupancy of both transcription factors in close proximity to transcription start sites, regulating genes with a function highly enriched for the control of replication and cell cycle. We set ourselves to perform an initial functional study of H3K79me in Oikopleura though Dot1 inhibition in developmental stages employing different cell cycle modes. This caused deregulation of proliferation patterns in different ways in the different cell cycle modes, highlighting a contribution of H3K79me to their regulation in Oikopleura.

O ciclo celular eucariótico é um dos processos biológicos mais estudados. No entanto, variações ao ciclo celular canónico têm sido descobertas e são mais predominantes do que anteriormente previsto. Endoreplicação e endociclos - duas variantes ao ciclo celular canónico - produzem células poliplóides, o que confere vantagens em crescimento e em resistência a stress genotóxico. Apesar de alguns dos princípios regulatórios de endociclos estarem a ser descobertos, ainda pouco é sabido sobre como podem células transitar do ciclo mitótico para eles. Recentemente foi proposto que a metilação da lisina 79 na histona H3 (H3K79me) possa ter uma função distinta da maior parte das modificações de histonas - ao ser um relógio para a idade celular - pois todos os estados de metilação de H3K79 são depositados numa maneira distributiva (ao contrário de todas as outras lisinas metiladas) pela metiltransferase Dot1, quando nenhuma demetilase é conhecida. Estudos funcionais da Dot1 mostraram padrões aberrantes de replicação, ligando-a directamente à capacidade de regulação dos ciclos celulares. Este trabalho dedica-se ao estudo dos mecanismos de transição entre os diferentes modos de ciclo celular em Oikopleura dioica - um organismo marinho do filo Chordata, classe Appendicularia - que usa endociclos extensivamente ao longo do seu ciclo de vida. Realizámos ChIP-seq em dois factores de transcrição (E2F1 e E2F7) antagonistas em ciclos mitóticos e endociclos. Sabe-se que estes factores estão involvidos no controlo da progressão do ciclo celular e que se sabe têm diferentes padrões de regulação nos diferentes ciclos. Os resultados revelam um grande proporção de co-localização spatio-temporal dos dois factores de transcrição em proximidade a sítios de iniciação de transcrição, regulando genes com funções no controlo de replicação e do ciclo celular. Proposemo-nos a um estudo inicial de caracterização funcional de H3K79me em Oikopleura através da inibição de Dot1 em estados de desenvolvimento que usam diferentes modos de ciclo celular. Isto provocou desregulação dos padrões de proliferação celular nos diferentes tipos de ciclo celular, mostrando uma contribuição de H3K79me para a sua regulação em Oikopleura.