Dnmt3a and Dnmt3b in Epidermal Homeostasis and Cancer Progression

Abstract

DNA methylation is an essential epigenetic mechanism that regulates gene expression. While DNA methylation dynamics during embryonic formation is fairly well understood, its role in adult tissues is still under investigation. Prior to starting my PhD work, we found that the two de novo DNA methyltransferases Dnmt3a and Dnmt3b were differentially expressed during epidermal stem cell differentiation. Interestingly, their expression patterns were completely opposite. We thus decided to further investigate the role of DNA methylation, and specifically of Dnmt3a and Dnmt3b, during the process of human epidermal stem cell differentiation. To characterize the epigenomic importance of Dnmt3a and Dnmt3b, we performed several next generation sequencing (NGS) experiments in primary human epidermal stem cells, which mimic faithfully the in vivo patterns of human epidermal cells. To gain insights into the epidermal roles of Dnmt3a and Dnmt3b in an in vivo setting, we generated a conditional epidermal knockout for either protein. We obtained interesting results that complemented and expanded the genomic data obtained from the human stem cell project, with Dnmt3a and Dnmt3b found to locate to several chromatin regions that are essential for both the self-renewal and the proper differentiation of adult stem cells

La metilación del ADN es un mecanismo epigenético esencial para controlar el linage y la diferenciación de las células madre. Las dos de novo metiltransferasas del ADN, Dnmt3a y Dnmt3b establecen los niveles de metilación del ADN en todo el genoma. Para caracterizar la importancia epigenómico de Dnmt3a y Dnmt3b , hemos realizado varios experimentos de secuenciación de próxima generación (NGS ) en las células madre epidérmicas humanas primarias , que imitan fielmente los patrones en vivo de células epidérmicas humanas. Hemos demostrado que Dnmt3a y Dnmt3b son necesarias para la función de las células madre de la epidermis y que esta función depende de su asociación con los enhancers transcripcionales más activos en una forma dependiente de la modificación de la histona H3K36me3. Dnmt3a promueve la hidroximetilación en el centro de los enhancers, mientras que Dnmt3b mantiene altos niveles de metilación alrededor de los enhancers. Modelos de knockout en la epidermis de ratón nos han indicado que Dnmt3a y Dnmt3b no son indispensables para la formación de una epidermis funcional. Sin embargo, la pérdida de Dnmt3a, y no de la Dnmt3b, predispone enormemente a la iniciación del cáncer de piel. Durante la formación de los tumores de la piel, Dnmt3a se asocia y promueve la hidroximetilación de los enhancers de sus genes diana para promover su expresión. El correcto mantenimiento de este mecanismo epigenético puede ser esencial para la funcionalidad de el tejidos humanos y para bloquear la formaciones de tumorales.