Bioinformatic analysis of regulatory regions in immediate-early response genes

Abstract

Denne oppgaven har sett på genetisk og epigenetiske regioner i DNAet som bidrar til å regulere "immidiate-early gener" (IEG). IEG er gener karakterisert ved at de transkriberer mRNA raskt etter stimuli, og er involvert i en rekke cellulære prosesser. Ulike IEG fungerer blant annet som proto-onkogener, "housekeeping" gener eller cellulære reparasjonsgener. Målet for denne studien har vært å identifisere hvorvidt regulatoriske regioner i IEG er anriket sammenlignet med andre gener. Enkelte bindingsseter for transkripsjonsfaktorer, og noen histonmarkører som befinner seg i området rundt IEG var i denne studien oppregulert. De fleste av de oppregulerte regulatoriske regionene som har vært testet, har funksjoner som er knyttet til transkripsjonsregulering. Dette er forventet i gener som generelt sett responderer raskt etter stimuli. Resultatene støtter dagens bilde av at IEG er klargjort for rask transkripsjon ved blant annet å ha flere bindingsseter i promotorregioner hos IEG for transkripsjonsfaktorer, slik som subenhetene i cohesinkomplekset. IEG har også vist seg å være klargjort ved å ha et fordelaktig metylering- og acetyleringsmønster i histonkompleksene, eksempelvis oppreguleringen av H3K4me3. Det kommer også fram i studien at IEG kan være strengere regulert enn andre ikke-IEG. Dette sees gjennom oppreguleringen av en rekke transkripsjonsfaktor-bindingsseter slik som CTCF. Studien har ikke tilstrekkelig undersøkt genetiske regioner som har vært nedregulert, hvilket kan belyse videre aspekter rundt IEG reguleringsmønster.

This thesis has looked at genetic and epigenetic regions which contribute in the overall regulation of immediate-early genes (IEGs). IEGs are genes that transcribe mRNA quickly after being stimulated, and are thus involved in a multitude of cellular processes. Some IEGs are classified as among others proto-onco genes, housekeeping genes, cellular repair genes and many more. The aim for the study has been to identify and quantify the strength for the enrichment of some regulatory regions in a set of IEGs compared to non-IEGs. Some transcription factor binding sites and some histone markers located in the vicinity of the transcription start site of the IEGs has been shown to be upregulated. Most of the regulatory regions that seem to be enriched have a function related to facilitating rapid transcription, which is expected in genes that in general respond quickly after being stimulated. The results support the current understanding that IEGs are primed for transcription by having more binding sites for transcription factors, such as the subunits of the cohesin complex. In addition, IEGs seem to be primed by having a favourable methylation and acetylation state of the histone complex, such as the enrichment of H3K4me3. IEGs seem to be under stricter regulation than other genes, which is indicated through the enrichment of binding sites for other transcription factors such as CTCF. The study has failed to provide any genetic markers that are depleted in IEGs, and finding depleted regions would further the current understanding of how IEGs are regulated.