Grace Farmiloe

In dit proefschrift wordt uiteengezet in welke mate KZNF’s de expressie reguleren van genen waarvan de promotor door deze transcriptiefactoren worden gebonden. In hoofdstuk 2 worden de bindingsplekken van meer dan 200 KZNF’s onderzocht en blijkt dat bijna een kwart hiervan aan 50 of meer promotoren van genen bindt. Aan de hand van data verkregen van de Allen Brain Atlas met expressie van elk van deze 51 KZNF’s bepaalden we een correlatie tussen de expressie voor elke KZNF en de genen waarmee ze interacteren. Dit liet zien dat de opkomst van KZNF’s in het genoom van onze voorouders heeft bijgedragen aan het patroon en de dynamiek van genexpressie.

In hoofdstuk 3 borduren we voort op het in hoofdstuk 2 beschreven werk en onderzoeken we het effect van het binden van KZNF’s op genregulatie. Zo laten we zien dat de locaties waar KZNF’s binden in promotorregio’s minder goed geconserveerd zijn ten opzichte van naburige genomische regio’s, een indicatie voor een grotere dynamiek in de DNA-sequenties op deze loci. Met knockout cellijnen in humane embryonale stamcellen ontwikkeld voor drie primaat-specifieke, promotor-bindende KZNF’s genereren we corticale organoïden om het effect van KZNF’s op genregulatie in het brein te onderzoeken. We tonen aan dat verlies van alle drie de KZNF’s resulteert in veranderingen in de expressie van KZNF-targetgenen en leveren zo bewijs aan voor een model waarin de opkomst van KZNF’s evolutionaire druk uitoefent op de promotoren waaraan ze binden met structurele adaptieve veranderingen in de sequentie ten gevolg. Deze studie tracht ook de langetermijngevolgen van de opkomst van KZNF’s op de genregulatoire netwerken in ons genoom te ontrafelen, nu hun oorspronkelijke bestaansreden - de regulatie van TE’s - niet meer essentieel is.

In hoofdstuk 4 ontdekten we dat sommige KZNF’s binden aan zeer repetitieve DNA-sequenties in promotoren. Zo blijken KZNF’s te binden aan repeats geassocieerd met neurobiologische ontwikkelingsstoornissen zoals de zeer variabele repeat in de promotor van het gen FMR1, gerelateerd aan de ontwikkelingsstoornis Fragiele-X-syndroom (FXS). Op basis van deze bevinding deden we nader onderzoek naar een mogelijke rol voor KZNF’s in de pathofysiologie van FXS. Hoewel we geen sterk bewijs vonden voor een functionele rol van KZNF’s op de met FMR1-geassocieerde repeat-expansie, vonden we wel een ander gen dat mogelijk de repeat-expansie onderliggend aan FXS in de FMR1 promotor onderdrukt. Op zoek naar genen betrokken bij DNA-methylatie ontdekten we een dramatische reductie van de expressie van TET1 in drie individuen met een bijzonder zeldzame weerstand tegen DNA-methylatie van CGG-repeat-expansies in de FMR1 locus, ondanks de aanwezigheid van de volledige mutatie. Deze ontdekking kan een aanwijzing vormen voor TET1 als nieuw kandidaatgen verantwoordelijk voor het stilleggen van het FMR1-gen in FXS-patiënten; een proces dat nog steeds grotendeels in nevelen is gehuld.

In hoofdstuk 5 wordt de betrokkenheid van KZNF’s bij simpele repeats verkend en onderzocht of KZNF’s ook regulatoren van deze loci kunnen zijn. We poneren de stelling dat ZNF519 een kandidaat is voor de regulatie van simpele CGG-repeats en voeren bewijs aan dat ZNF519 mogelijk de expressie van genen met CGG-repeats in de promotor beïnvloedt. We doen nader onderzoek naar de relatie tussen ZNF519 en CGG-repeats en bespreken de evolutionaire implicaties van CGG-repeats in promotors.

Hoofdstuk 6 beschrijft de rol van KZNF’s in genregulatie en de evolutionaire impact die de opkomst van een nieuw regulatoir netwerk van genexpressie heeft gehad in ons genoom. Dit hoofdstuk verkent ook de rol van KZNF’s en andere factoren als regulatoren van simpele repeats, van welke sommige vermoedelijk betrokken zijn bij repeat-expansieziekten. Het onderzoek in dit proefschrift draagt bij aan zowel de velden van evolutionaire neurogenomica als van repeat-expansieziekten met een beter begrip van het genoom en de introductie van potentieel nieuwe therapeutische mogelijkheden als gevolg.