Functional significance of sequence variants in the upstream regulatory region of ribosomal DNA

Abstract

Ribosomal DNA (rDNA) encodes the RNA components of ribosomes, and its transcription is tightly regulated to meet cellular demands. While rDNA has long been studied, its intergenic spacer (IGS) was historically considered non-functional. However, emerging evidence suggests that this region plays a critical regulatory role. This thesis focuses on the last 2 kb of the IGS, known as the upstream regulatory region (URR), which contains key elements involved in transcriptional control. Only a subset of rDNA repeats is transcriptionally active at any given time. This selective activation is governed through epigenetic silencing (e.g., DNA methylation) and modulation by non-coding RNAs. To understand what makes certain repeats prone to silencing, we studied whether sequence variation within the URR contributes to transcriptional regulation. Using deep sequencing of methylated (inactive) and non-methylated (active) rDNA fractions, we characterized sequence variation within the URR. We identified six single nucleotide variants (SNVs) significantly associated with methylation status. Additionally, we discovered two polymorphic regions (Q1 and Q2) rich in CCCT short tandem repeats that carried insertions and deletions (indels). Many of these variants mapped to known or putative regulatory elements, suggesting...

Ribozomální DNA (rDNA) kóduje RNA složky ribozomů a její transkripce je pečlivě regulována dle potřeb buňky. Zatímco rDNA je intenzivně zkoumána již desítky let, její mezigenový mezerník (IGS) byl dlouho považován za nefunkční. Novější studie však ukazují, že tato oblast může mít důležitou regulační roli. Tato dizertační práce se zaměřuje na poslední 2 kb IGS, známé jako upstream regulační oblast (URR), která obsahuje klíčové elementy podílející se na kontrole transkripce. V každé buňce je aktivní pouze část rDNA kopií. Tato selektivní aktivace je řízena epigenetickou regulací (např. metylací DNA) a působením nekódujících RNA. Cílem této práce bylo zjistit, zda sekvenční variabilita v oblasti URR může ovlivnit to, zda bude daná kopie transkripčně aktivní, nebo umlčená. Pomocí sekvenování metylovaných (neaktivních) a nemetylovaných (aktivních) rDNA jednotek jsme popsali variabilitu sekvence v oblasti URR. Identifikovali jsme šest jednonukleotidových variant (SNV), které významně korelovaly s metylací. Dále jsme popsali dvě polymorfní oblasti (Q1 a Q2) bohaté na krátké tandemové repetice CCCT, které nesly inserce a delece. Mnoho z těchto variant se nachází v místech známých nebo předpokládaných regulačních prvků, což naznačuje možné mechanismy, jimiž může sekvenční variabilita ovlivňovat transkripci....