Gene regulation in four dimensions

Abstract

Transcription has turned out to be a discontinuous process when imaged at a single cell level. This observation is referred to as transcriptional bursting or pulsing and has been detected in a variety of organisms ranging from bacteria to mammalian cells. The dynamics of transcriptional pulsing are influenced by the properties intrinsic to the transcriptional process, as well as by upstream factors: chromatin environment, signalling molecules, cell cycle stage etc. In the first part of this thesis, we focused on the regulation of transcriptional pulsing in the nucleolus. Using imaging of living cells, we detected pulsatile transcription of a transgene with nucleolar localization whose expression was mediated by RNA polymerase II. In the second part of the thesis, we investigated the relationship between chromatin decondensation and transcriptional dynamics. We used hyperosmotic medium to induce global condensation of chromatin and revealed that upon chromatin decondensation, a transient spike in transcriptional intensity occurs in induvial living cells. Next, we analysed expression of TFRC and POLR2A genes in several cell cycle stages using single molecule RNA FISH. We detected increase in both frequency and size of transcriptional pulses during a limited time window which coincided with chromatin...

Zobrazování transkripce na úrovni jednotlivých buněk prokázalo, že se jedná o proces, který neprobíhá souvisle, ale přerušovaně. K tomuto pozorování, které bylo zaznamenáno u celé řady organizmů sahající od bakterií k savčím buňkám, se vztahuje nyní hojně využívaný termín transkripční pulzování. Dynamika transkripčního pulzování je ovlivněna jak rysy vlastními samotnému procesu transkripce, tak nadřazenými faktory jako je prostředí chromatinu, signální molekuly nebo fáze buněčného cyklu. V první části této práce jsme se zaměřili na regulaci transkripčního pulzování v jadérku. Pomocí mikroskopického sledování živých buněk jsme ukázali, že transkripce transgenu vloženého do jadérka a přepisovaného RNA polymerázou II probíhá v pulzech. Ve druhé části práce jsme se zabývali vztahem mezi dekondenzací chromatinu a dynamikou transkripce. Pomocí hyperosmotického média jsme indukovali globální kondenzaci chromatinu a objevili jsme, že během dekondenzace chromatinu dochází v jednotlivých živých buňkách k časově omezenému nárůstu intenzity transkripce. Dále jsme analyzovali expresi genů TFRC a POLR2A s použitím metody single molecule RNA FISH. Během omezeného období, které kolidovalo s dekondenzací chromatinu v telofázi/časné G1 fázi buněčného cyklu, jsme zaznamenali nárůst ve frekvenci i velikosti...