Promotie M. (Miguel) Martinez Ara

Korte samenvatting van het proefschrift:

Ons genoom bestaat uit DNA, dat wordt gevormd door de 4 nucleotiden G, A, T en C. Het vormt de basis van alle levende vormen omdat het de instructies (de genen) bevat om de bouwstenen van het leven, de eiwitten, te maken. Echter, deze instructies dekken slechts 2% van het genoom. De andere 98% van het genoom wordt het niet-coderende genoom genoemd.

Het niet-coderende genoom is cruciaal voor het correct functioneren van cellen, weefsels, organen en het hele lichaam. Dit komt doordat het niet-coderende genoom aangeeft waar en wanneer de instructies moeten worden gebruikt, of, in andere woorden, waar en wanneer de genen tot expressie moeten worden gebracht. Voor het correct functioneren van het lichaam moeten verschillende sets genen in elke cel tot expressie worden gebracht. Deze complexe ruimtelijk-temporele regulatie die voortkomt uit het niet-coderende genoom wordt bereikt door een reeks mechanismen die gezamenlijk genregulatie worden genoemd. Hoewel we de genetische code begrijpen, de code om te interpreteren hoe eiwitten uit genen moeten worden gebouwd, weten we nog steeds niet volledig hoe genregulatie en het niet-coderende genoom moeten worden begrepen. Dit komt door de complexiteit van de vele processen die betrokken zijn bij genregulatie en het ontbreken van een universele en gemakkelijk te interpreteren code.

Twee van de belangrijkste regulerende elementen van het niet-coderende genoom die betrokken zijn bij genregulatie zijn promotors en enhancers. Promotors zijn de regio’s direct naast het begin van het gen die hun expressie aandrijven. Ze zijn relatief goed gekarakteriseerd en gemakkelijk te identificeren. Echter, promoters werken niet geïsoleerd. Ze worden beïnvloed door hun genomische omgeving, en met name door hun omringende enhancers. Enhancers zijn DNA-sequenties die promotors van een afstand kunnen activeren, tot een megabase (een miljoen nucleotiden) ver in zoogdiergenomen. Ze zijn moeilijker te identificeren, er zijn meer enhancers dan promotors en het is niet triviaal om te begrijpen welke enhancers welke genen reguleren. Bovendien zijn enhancers de belangrijkste elementen die de ruimtelijk-temporele regulatie van genen dicteren, waar en wanneer ze tot expressie moeten worden gebracht. Daarom is het belangrijk om te begrijpen hoe enhancers promotors reguleren. In Hoofdstuk 1 wordt de complexiteit van genregulatie en met name de huidige kennis over enhancers en promotors en hun interactie verder uitgelegd.

In dit proefschrift heb ik verschillende aspecten van enhancer en promotor biologie in muizen-embryonale stamcellen onderzocht door massaal parallelle reporter-assays (MPRA’s) te gebruiken. Deze groep technologieën stelt ons in staat om de functionaliteit van duizenden tot miljoenen DNA-sequenties in één experiment te testen, waardoor onderzoek naar genregulatie wordt versneld. Deze MPRAs bestaan meestal uit bibliotheken van DNA-elementen die zijn gecodeerd met willekeurige DNA-sequenties. Vervolgens worden deze bibliotheken geïntroduceerd in de cellen van belang om te karakteriseren welke DNA-sequenties actiever of minder actief zijn. Dit wordt meestal gedaan door de willekeurige DNA-codes te sequencen in de input en output van het experiment.