MARC

 008250123s2024        us                              c    eng  d
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■020    ▼a9798382761602
■035    ▼a(MiAaPQ)AAI31243959
■040    ▼aMiAaPQ▼cMiAaPQ
■0820  ▼a610
■1001  ▼aPujadas  Liwag,  Emily  Marie.▼0(orcid)0000-0002-3520-835X
■24510▼aNanoimaging  and  Targeted  Protein  Degradation  to  Assess  Chromatin  Conformation,  Connectivity,  and  Gene  Expression
■260    ▼a[Sl]▼bNorthwestern  University▼c2024
■260  1▼aAnn  Arbor▼bProQuest  Dissertations  &  Theses▼c2024
■300    ▼a325  p
■500    ▼aSource:  Dissertations  Abstracts  International,  Volume:  85-11,  Section:  B.
■500    ▼aAdvisor:  Backman,  Vadim;Horvath,  Curt.
■5021  ▼aThesis  (Ph.D.)--Northwestern  University,  2024.
■520    ▼aChromatin,  composed  of  DNA  and  histones,  is  hierarchically  organized  in  a  dynamic  manner  within  the  mammalian  cell  nucleus.  The  3D  organization  of  chromatin  is  a  major  determinant  of  genome  function,  which  is  maintained  through  the  structural  organization  of  chromatin  domains  associated  with  specific  epigenetic  profiles.  However,  the  causal  relationship  between  physical  3D  genome  organization  and  transcriptional  activity  remains  to  be  fully  understood.  By  leveraging  a  suite  of  novel  technologies  such  as  live-cell  Dual  Partial  Wave  Spectroscopic  (Dual-PWS)  microscopy,  in  situ  Hi-C,  ChromSTEM,  CRISPR-Sirius,  and  STORM,  it  is  possible  to  assess  how  chromatin  conformation  across  several  length  scales  contributes  to  transcriptional  activity.  In  this  dissertation,  I  applied  chromatin  engineering  strategies  grounded  in  polymer  physics  to  assess  how  structural  (e.g.,  B-type  lamins)  and  functional  (e.g.,  RNA  Polymerase  II-mediated  loop  extrusion)  components  contribute  to  genome  architecture,  chromatin  dynamics,  and  gene  regulation.Chapter  1  of  this  dissertation  focusses  on  the  fundamental  principles  in  molecular  biology,  as  well  as  the  importance  of  determining  the  physical  structure  of  the  genome  to  understand  its  role  in  regulating  gene  expression  and  cellular  functionality.  Further,  I  describe  various methodologies  to  study  dynamic  chromatin  organization  in  the  context  of  transcription  (e.g.,  polymer  physics-based  analysis,  targeted  protein  degradation,  sequencing-based  analyses,  gene  localization  techniques,  etc.)  to  identify  and  characterize  the  functional  properties  of  higher-order  chromatin  packing  domains.  I  end  this  chapter  by  pointing  out  several  open  questions  in  the  chromatin  biology  field. Chapter  2  focusses  on  investigating  the  effect  of  B-type  lamin  depletion  on  chromatin  reorganization,  gene  positioning,  and  gene  expression.  To  do  this,  I  utilized  engineered  HCT1116  colon  carcinoma  cells  with  Auxin-inducible  degron  (AID)  technology  to  rapidly  and  reversibly  degrade  endogenous  B-type  lamin  proteins.  Although  the  mesoscale  structure  of  chromatin  is  preserved,  chromatin  dynamics,  positioning  of  heterochromatic  markers,  and  chromosome  positioning  are  significantly  altered  indicating  that  the  mechanism  of  action  of  B-type  lamins  is  derived  from  their  role  in  maintaining  chromatin  dynamics  and  positioning.  Further,  disruption  of  both  lamin  B-type  lamins  greatly  perturbs  the  expression  of  genes  positioned  inside  and  outside  lamin-associated  domains  (LADs)  without  altering  mesoscale  chromatin  structure.Chapter  3  discusses  how  independent  of  lamin  perturbation,  reorganization  of  chromatin  domains  and  heterochromatin  disruption  underlie  nuclear  deformation  (i.e.,  nuclear  blebs).  In  this  collaborative  work,  we  also  find  that  the  composition  of  mouse  embryonic  fibroblasts  (MEF)  and  perturbation-based  nuclear  blebs  shows  decreased  DNA  levels  but  inconsistent  measure  of  lamin  B.  Progeria  and  prostate  cancer  model  cell  lines  recapitulate  decreased  DNA  levels  in  nuclear  blebs  while  lamin  B1  is  drastically  different.  This  is  further  evidenced  with  PWS  that  demonstrates  a  stark  reduction  in  chromatin  packing  scaling  in  nuclear  blebs  in  comparison  to  the  nuclear  body.Chapter  4  investigates  how  chromatin  domains  are  formed  and  stabilized  by  processes  such  as  loop  extrusion,  a  careful  balance  of  heterochromatin  and  euchromatin,  and  active  gene  transcription.  In  this  collaborative  effort,  we  extend  this  analysis  to  investigate  if  the  chromatin  packing  domains  visualized  in  our  imaging  modalities  are  the  same  as  topologically  associated  domains  in  Hi-C.Chapter  5  explores  how  various  gene-visualization  techniques  such  as  FISH,  RASER-FISH,  and  CRISPR-Sirius  impact  proper  chromatin  organization.  This  investigation  finds  that  every  step  of  the  FISH  protocol,  other  than  fixation,  causes  significant  changes  in  both  the  average  properties  of  chromatin,  as  well  as  the  probability  density  function  (PDF)  of  local  heterogeneity  and  scaling.  RASER  FISH  and  CRISPR-Sirius,  however,  maintain  chromatin  structure.  Additionally,  this  dissertation  chapter  evaluates  how  chromatin  structural  changes  associated  with  carcinogenesis  (e.g.,  low  versus  highly  packed  chromatin  domains)  may  allow  for  enhanced  detection  of  early-stage  lung  cancer  using  diagnostic  PWS.Finally,  Chapter  6  summarizes  the  work  presented  in  this  dissertation.  I  tie  the  findings  from  my  experiments  and  analysis  back  to  the  general  review  of  dynamic  chromatin  organization  and  transcription  described  in  Chapter  1.  Further,  I  elaborate  on  the  implications  of  my  data  and  the  emerging  questions  that  my  work  has  raised.  I  finish  with  a  brief  outlook  for  the  future  of  the  chromatin  biology  field.  Overall,  this  work  establishes  the  principal  feasibility  of  chromatin  engineering  to  controllably  alter  higher-order  chromatin  structure  and  provides  a  greater  understanding  of  important  mechanisms  underlying  chromatin  organization  and  gene  transcription.
■590    ▼aSchool  code:  0163.
■650  4▼aBiomedical  engineering
■650  4▼aBiology
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■653    ▼aChromatin
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■690    ▼a0379
■690    ▼a0369
■71020▼aNorthwestern  University▼bInterdepartmental  Biological  Sciences  (IBiS)  Graduate  Program.
■7730  ▼tDissertations  Abstracts  International▼g85-11B.
■790    ▼a0163
■791    ▼aPh.D.
■792    ▼a2024
■793    ▼aEnglish
■85640▼uhttp://www.riss.kr/pdu/ddodLink.do?id=T17161450▼nKERIS▼z이  자료의  원문은  한국교육학술정보원에서  제공합니다.

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