61
Chromatin Remodeling by BRG1 and SNF2H Biochemistry and Function Patrik Asp Department of Cell Biology WennerGren Institute Stockholm University Stockholm 2004

Chromatin Remodelling by BRG1 and SNF2H190933/FULLTEXT01.pdf · Chromatin remodeling by BRG1 and SNF2H Biochemistry and Function 4 This thesis is based on the following papers: Paper

  • Upload
    others

  • View
    5

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Chromatin Remodelling by BRG1 and SNF2H190933/FULLTEXT01.pdf · Chromatin remodeling by BRG1 and SNF2H Biochemistry and Function 4 This thesis is based on the following papers: Paper

   

Chromatin Remodeling by BRG1 and SNF2H Biochemistry and Function 

     

Patrik Asp     

   

Department of Cell Biology Wenner‐Gren Institute Stockholm University 

 Stockholm 2004 

 

Page 2: Chromatin Remodelling by BRG1 and SNF2H190933/FULLTEXT01.pdf · Chromatin remodeling by BRG1 and SNF2H Biochemistry and Function 4 This thesis is based on the following papers: Paper

Chromatin remodeling by BRG1 and SNF2H Biochemistry and Function 

2

           

ʺThe nature of reality excites me far more than any of the many alternatives contrived by ourselvesʺ KMPA. 2004 

              

© Patrik Asp ISBN 91‐7265‐914‐9 

Akademitryck, Edsbruk 2004 

Page 3: Chromatin Remodelling by BRG1 and SNF2H190933/FULLTEXT01.pdf · Chromatin remodeling by BRG1 and SNF2H Biochemistry and Function 4 This thesis is based on the following papers: Paper

Introduction  3

 SUMMARY  Chromatin  is  a  highly  dynamic,  regulatory  component  in  the  process  of transcription,  repair,  recombination  and  replication.  The  BRG1  and  SNF2H proteins  are  ATP‐dependent  chromatin  remodeling  proteins  that modulate chromatin  structure  to  regulate DNA accessibility  for DNA‐binding proteins involved  in  these  processes.  The  BRG1  protein  is  a  central  ATPase  of  the SWI/SNF  complexes  involved  in  chromatin  remodeling  associated  with regulation  of  transcription.  SWI/SNF  complexes  are  biochemically  hetero‐geneous but  little  is known about  the unique  functional characteristics of  the various  forms. We  have  shown  that  SWI/SNF  activity  in  SW13  cells  affects actin  filament  organization dependent  on  the RhoA  signaling  pathway. We have  further shown that  the biochemical composition of SWI/SNF complexes qualitatively  affects  the  remodeling  activity  and  that  the  composition  of biochemically  purified  SWI/SNF  complexes  does  not  reflect  the  patterns  of chromatin binding of  individual  subunits. Chromatin binding  assays  (ChIP) reveal variations among subunits believed  to be constitutive, suggesting  that the plasticity in SWI/SNF complex composition is greater than suspected. We have  also  discovered  an  interaction  between  BRG1  and  the  splicing  factor Prp8,  linking  SWI/SNF  activity  to mRNA  processing. We  propose  a model whereby parts of the biochemical heterogeneity is a result of function and that the  local  chromatin  environment  to  which  the  complex  is  recruited  affect SWI/SNF composition. We have also isolated the novel B‐WICH complex that contains WSTF, SNF2H, the  splicing  factor SAP155,  the RNA helicase  II/Guα,  the  transcription  factor Myb‐binding protein 1a, the transcription factor/DNA repair protein CSB and the RNA processing factor DEK. The formation of this complex  is dependent on  active  transcription  and  links  chromatin  remodeling  by  SNF2H  to RNA processing. By  linking  chromatin  remodeling  complexes with RNA  processing  proteins our  work  has  begun  to  build  a  bridge  between  chromatin  and  RNA, suggesting that factors in chromatin associated assemblies translocate onto the growing nascent RNA. 

    

Page 4: Chromatin Remodelling by BRG1 and SNF2H190933/FULLTEXT01.pdf · Chromatin remodeling by BRG1 and SNF2H Biochemistry and Function 4 This thesis is based on the following papers: Paper

Chromatin remodeling by BRG1 and SNF2H Biochemistry and Function 

4

    

This thesis is based on the following papers:    

  Paper  I  Patrik  Asp,  Margareta  Wihlborg,  Mattias  Karlén  and  Ann‐

Kristin Östlund Farrants (2002) BRG1, a human SWI/SNF subunit, affects  actin  filament  organization  through  the  RhoA  signaling pathway, Journal of Cell Science 115, 2735‐2746. 

  Paper II   Patrik Asp, Erica Cavellán, Jessica Tångefjord and Ann‐Kristin                   Östlund Farrants (2004) Variations in biochemical composition and  

   chromatin association of mammalian SWI/SNF complexes.      Manuscript 

  Paper III  Erica Cavellán, Patrik Asp and Ann‐Kristin Östlund Farrants 

   (2004) WSTF‐SNF2h interacts with several nuclear proteins in a    transcription dependent manner, to form a functional unit B‐WICH    Manuscript 

   

        

Page 5: Chromatin Remodelling by BRG1 and SNF2H190933/FULLTEXT01.pdf · Chromatin remodeling by BRG1 and SNF2H Biochemistry and Function 4 This thesis is based on the following papers: Paper

Introduction  5

 Table of contents  INTRODUCTION 6 Structure‐function relationships in the eukaryotic nucleus  6 Nucleosomes and chromatin formation  7 Chromatin and DNA accessibility  10 Chromatin remodeling  11 Covalent remodeling  13 ATP‐dependent remodeling  14

Chromatin Remodeling ATPases  15 The SWI2/SNF2 protein family  15 Table I  16 The mammalian SNF2 proteins BRG1 and BRM  17 The SWI/SNF complex  19 Table II  20 SWI/SNF in vitro activity  25 The biology of SWI/SNF complexes  26 The mammalian ISWI proteins SNF2H and SNF2L  32 The ISWI complex  33 ISWI in vitro activity  35 The biology of ISWI complexes  36

PRESENT INVESTIGATION 39 REFERENCES 51 ACKNOWLEDGEMENTS 59 PAPERS 61               

Page 6: Chromatin Remodelling by BRG1 and SNF2H190933/FULLTEXT01.pdf · Chromatin remodeling by BRG1 and SNF2H Biochemistry and Function 4 This thesis is based on the following papers: Paper

Chromatin remodeling by BRG1 and SNF2H Biochemistry and Function 

6

    

INTRODUCTION 

 Structure‐function relationships in the eukaryotic nucleus The very large molecules of DNA that make up our chromosomes are located within the envelope of the eukaryotic nucleus and are covered by a plethora of proteins  to  form  a  complex  nucleo‐protein  structure  known  as  chromatin. Chromatin was  initially  regarded  as  a  static  storage  structure with  the  sole purpose of protecting and stabilizing the macromolecules of DNA. However, research  in  the  last 15 years has shown,  in  increasing detail  that  the nucleus and  its  chromatin  content  are  highly  dynamic  and  capable  of  responding rapidly  to  cues  from  the  extranuclear  environment with  processes  such  as transcription, replication and the import/export of molecules. We know today that chromatin itself is a fundamental component in the regulation of nuclear processes.  Advances in microscopy and immunocytochemistry and the ability to express fluorescently tagged proteins in vivo has revealed multiple internal chromatin structures in the nucleus and details of their organization (Dundr and Misteli, 2001; Lamond and Earnshaw, 1998; Misteli, 2001). It is clear that there is a close connection between these structures and the functional state of the chromatin, even though the precise relationship is not yet understood in molecular detail. Some of the structural changes are functional consequences of activities taking place on the chromatin while others precede and regulate chromatin activities. These  changes  can  be  global,  such  as  whole  chromatin  domains  shifting position within  the nucleus, while others act on only small,  local stretches of chromatin.  All  processes,  such  as  transcription,  replication,  repair  and  re‐combination, that take place on chromatin are highly context‐dependent, and it  is  essential  to  focus  both  on  the  small  and well  defined  chromatin  areas involved in each specific event, as well as on the global context wherein they take place in order to fully understand them (Spector, 2003).     

Page 7: Chromatin Remodelling by BRG1 and SNF2H190933/FULLTEXT01.pdf · Chromatin remodeling by BRG1 and SNF2H Biochemistry and Function 4 This thesis is based on the following papers: Paper

Introduction  7

 Nucleosomes and chromatin formation Chromatin  is  a  complex  structure  of DNA  and DNA  associated proteins. A large part of  the protein  constituent  is made up of  the histone proteins  that together  with  DNA  form  nucleosomes,  the  smallest  organizing  unit  of chromatin (Figure 1).      

                         

  Figure 1. Strua) Side viewterminal  histmark the DN  Two copies eoctameric coleft‐handed h2000; Luger along  the  Ddetermined stretch of DN

a b

cture of the nucleosome at 2.5 Å resolution (Harp et al., 2000) . The dotted line marks the dyad axis. b) Front view with the N‐one  tails  extending  out  through  the  DNA  strand.  The  arrows A entry and exit points. 

ach of the four histone proteins, H2A, H2B, H3 and H4 form an re  structure with about 146 bp of DNA wrapped around  it  in a elix of approximately 1.7  turns  (Davey et al., 2002; Harp et al., 

et al., 1997). Nucleosomes are positioned side by side in an array NA  strand,  and  the  distance  between  them  is  dynamically by  the  functional  state  of  the  chromatin.  The  nucleosome‐free A separating them is referred to as linker DNA. Nucleosomes are  

Page 8: Chromatin Remodelling by BRG1 and SNF2H190933/FULLTEXT01.pdf · Chromatin remodeling by BRG1 and SNF2H Biochemistry and Function 4 This thesis is based on the following papers: Paper

Chromatin remodeling by BRG1 and SNF2H Biochemistry and Function 

8

 assembled mainly during DNA  replication  and  this  assembly  take place  by two parallel processes. One is called ʺparental nucleosome transferʺ, and is the distribution  of pre‐existing nucleosomes between  the  two new molecules  of DNA.  The  other  process  is  known  as  ʺdenovo  nucleosome  assemblyʺ,  and involves  a  series  of  protein  factors  that  target  newly  synthesized  histone proteins  to  the  site  of  DNA  replication.  During  this  process,  the  H3/H4 tetramer is the first histone component that binds to DNA, partially wrapping the double helix around itself. Subsequent incorporation of the two H2A‐H2B dimers completes the 1.7 turns of DNA around the outside of the core particle. The  finished  nucleosome  is  pseudosymmetric  and  can  be  divided  into  two halves  along  an  axis,  the  dyad  (Figure  1a).  The  assembly  process  is  highly regulated  and  orchestrated  in  concert with  the  cell‐cycle machinery  and  it involves many co‐factors in addition to histone proteins and DNA (Akey and Luger, 2003; Krude and Keller, 2001; Mello and Almouzni, 2001). There is also a  continuous dynamic  exchange of histones  and  a  rearrangement of nucleo‐somes that is uncoupled from replication, known as ʺreplication independentʺ (RI) assembly. As an example, Drosophila express the H3 variants H3.3 and Cid and  they are deposited  throughout  the  cell  cycle and mark  transcriptionally active  euchromatin  and  centromeric  heterochromatin  respectively  (Ahmad and Henikoff, 2002).  Histone 1  (H1) binds  to  the outside of  the nucleosome core where  the DNA enters and exits the structure and is not a constitutive part of the nucleosome. The  H1  protein  has  a  more  complex  pattern  of  association  than  the  core histones.  The  entry  and  exit  points  of  the  DNA  strand  in  the  nucleosome particle flank the dyad axis and are not necessarily aligned because the DNA does  not  always wrap  all  around  the  core  histones  in  two  complete  turns (Figure  1b). Complete wrap‐around  can  occur when H1,  the  linker histone, binds  to  the dyad  center. H1 has  a  strong  stabilizing  effect on higher order chromatin structures, even though  it  is not essential for the structure to form (Carruthers  and Hansen,  2000; Wolffe,  1998; Wolffe  and Hayes,  1999),  and reports  suggest  that  the  positively  charged  C‐terminus  of  H1  neutralizes electrostatic  forces  that  may  otherwise  destabilize  higher  order  chromatin compaction  (Vila et al., 2000). H1 does not have a global  inhibiting effect on transcription,  but  it  can  act  in  concert with  transcription  factors  as  a  gene‐ specific transcriptional repressor (Dou and Gorovsky, 2000).   

Page 9: Chromatin Remodelling by BRG1 and SNF2H190933/FULLTEXT01.pdf · Chromatin remodeling by BRG1 and SNF2H Biochemistry and Function 4 This thesis is based on the following papers: Paper

Introduction  9

 Nucleosomes  are  not  randomly distributed  on DNA  but  are deposited  in  a specific  pattern  that  depend  both  on  inherent  qualities  of  the  nucleotide sequence and on the functional state of the particular stretch of DNA. During replication,  the  genetic  information  in  the  actual  DNA  sequence  must  be faithfully  preserved,  but  equally  important  is  the  preservation  of  the epigenetic  information  that  is present  in  the  chromatin.  Information  such as the pattern of DNA methylation, nucleosome positions and modifications of histone N‐termini must be passed down  to  the newly synthesized chromatin to maintain  correct gene  activity, preserve  cell  identity  and  ensure genomic integrity (Lowary and Widom, 1997; McNairn and Gilbert, 2003).  The DNA  around  a nucleosome  is aligned  so  that  the minor grooves of  the double helix form channels through which the tails of H3 and H2B pass, while the tails of H4 and H2A seem to pass over the DNA (Figure 1b). The N‐termini of H3 and H4 do not have a detectable structure in solution but adopt a helical structure when incorporated into a nucleosome, and this also seems to be the case  for H2A  and H2B  (Baneres  et  al.,  1997; Harp  et  al.,  2000; Luger  et  al., 1997).  The  histone N‐termini  contains  several  arginine  and  lysine  residues, giving  the  tails  an  overall  positive  charge.  They  readily  interact,  therefore, with  the negative phosphate backbone of DNA, which  significantly  adds  to the  stability  of  nucleosomes.  The  positively  charged N‐termini  of  the  core histone proteins  also  extend beyond  the nucleosome particle  itself,  allowing histone N‐termini  to  bind  histones  and  DNA  in  neighboring  nucleosomes. This contributes to the stabilization of nucleosome arrays and to the formation of higher order chromatin structures (Carruthers and Hansen, 2000). The large number of histone‐DNA interactions within and between nucleosome particles gives  them  a high degree  of  stability.  It  allows  them  to  be dynamic  and  to facilitate significant structural changes without becoming unstable and falling apart. This combination of stability and plasticity is crucial for their role as the smallest organizing unit of chromatin.         

Page 10: Chromatin Remodelling by BRG1 and SNF2H190933/FULLTEXT01.pdf · Chromatin remodeling by BRG1 and SNF2H Biochemistry and Function 4 This thesis is based on the following papers: Paper

Chromatin remodeling by BRG1 and SNF2H Biochemistry and Function 

10

 Chromatin and DNA accessibility A  fundamental  functional  consequence  of  nucleosome  and  chromatin formation  is  its  effect  on DNA  accessibility. The  strong  interaction  between DNA  and  histones  and  the  steric  block  that  this  interaction  creates  have profound effects on the ability of DNA‐binding proteins to gain access to and bind  to  their  cognate  binding  sites. As  a  consequence,  regulation  of DNA‐ associated  processes,  such  as  transcription,  replication,  recombination  and repair, will  to a  large extent depend on  local  chromatin  topology. There are several layers to chromatin topology, but from a genome‐wide perspective it is generally  divided  into  two  classes:  heterochromatin  and  euchromatin. Nucleosomes  in  heterochromatin  are  organized  in  a  closed  configuration, contain specific histone‐DNA modifications, and are packaged  together with an array of silencing proteins that help to condense the chromatin fiber. This structure is transcriptionally inert. Euchromatin, on the other hand, is mostly devoid  of  silencing  factors  and  is  therefore  accessible  and  transcriptionally active.  Importantly,  cells  can  utilize  the  mechanisms  for  heterochromatin formation  to  form  highly  localized  domains  of  heterochromatin within  eu‐chromatin  and  thereby  specifically  regulate  the  activity  of  individual  genes (Henikoff, 2000; Moazed, 2001).   Within  euchromatin,  nucleosomes  are  commonly  positioned  to  block transcription  factor  binding  sites  in  promoter  regions,  and  this  repressive positioning of nucleosomes often takes place during replication. Interestingly, repressive  nucleosome  positioning  can  also  be  initiated  by  transcription factors.  Nucleosomes  on  the  un‐induced  MMTV  promoter  are  randomly positioned,  but  when  GR  (the  glucocorticoid  receptor)  binds  they  become precisely positioned and block several  important  transcription  factor binding sites  (Belikov et al., 2000; Hayes and Wolffe, 1992).  In contrast, promoters of genes  with  a  continuous  steady‐state  level  of  transcription,  housekeeping genes, are directly assembled  into  transcriptionally competent configurations during  replication  and  are  thereby  largely  insensitive  to  nucleosome repression. The regulatory use of nucleosome positioning is usually limited to genes that are required to alternate between an induced and a repressed state.  Nucleosome‐ and chromatin formation have far‐reaching consequences for all biological processes that utilize DNA. On a global scale, nucleosomes facilitate the organized compaction of chromatin into higher order structures and, on a   

Page 11: Chromatin Remodelling by BRG1 and SNF2H190933/FULLTEXT01.pdf · Chromatin remodeling by BRG1 and SNF2H Biochemistry and Function 4 This thesis is based on the following papers: Paper

Introduction  11

 local scale, they serve as highly dynamic regulatory units of specific processes. This dual effect on both the large‐scale and on the short‐scale organization of chromatin does not come about through two separate processes because these processes  are  to  a  large  extent  functionally  inter‐dependent.  The  dynamic range  and  local  specificity  in  DNA  packing  and  chromatin  organization depend on changes  in protein‐DNA and protein‐protein  interactions  that are strictly regulated in response to signals that regulate transcription, replication, repair  and  recombination.  Cells  have  therefore  evolved  a  wide  range  of protein  modifications  and  energy‐dependent  mechanisms  to  modulate chromatin structure  in order  to control and regulate  the complex network of chromatin‐dependent  biological  processes.  Some  of  these  chromatin‐ modifying mechanisms,  such  as methylation  of  cytosines,  target DNA  itself but most  of  them  directly manipulate  the  structure  of  the  nucleosome  in  a process known as chromatin remodeling.   Chromatin remodeling The term ʺchromatin remodelingʺ is used to describe a wide variety of changes in chromatin structure and is generally defined as any activity that generates detectable  changes  in  histone‐DNA  interactions.  Such  changes  are  often mapped as alterations in the nuclease digestion pattern of a particular stretch of DNA assembled into nucleosomes. Certain nucleases are unable to cut DNA assembled into a nucleosome and can therefore be used to monitor chromatin structure. Consequently, chromatin domains can be altered  from a nuclease‐ insensitive  to a nuclease‐hypersensitive  conformation, or vice versa, which  in vivo  can be  a highly  localized  event  that  acts on  a  single nucleosome, or  an event that involves several kilobases of chromatin.  Nucleosome positioning is commonly described as translational positioning or rotational  positioning  (Li  et  al.,  1997).  Translational  positioning  (Figure  2a) defines where on a particular stretch of DNA a nucleosome is positioned, and it determines  if a protein‐binding site  is  incorporated  into a nucleosome and where  it  is  located  within  the  nucleosome.  In most  cases,  such  a  location causes a  steric block  in DNA accessibility but  it  is possible  that a  site  is  still accessible even inside a nucleosome which depends on its rotational position. Rotational positioning (Figure 2b) defines the internal orientation of a binding site relative to the nucleosome surface.  

Page 12: Chromatin Remodelling by BRG1 and SNF2H190933/FULLTEXT01.pdf · Chromatin remodeling by BRG1 and SNF2H Biochemistry and Function 4 This thesis is based on the following papers: Paper

Chromatin remodeling by BRG1 and SNF2H Biochemistry and Function 

12

 A binding sequence may face inwards, towards the histone proteins, making it inaccessible  or  it  may  face  outwards,  which  grants  certain  DNA‐binding proteins  access  to  their  sites.  The  mechanistic  consequences  in  terms  of chromatin  remodeling  of  translational  versus  rotational  positioning  are important  because  in  some  cases  it would  be necessary  to move  or  remove entire nucleosomes, while in other instances a twist of the DNA strand within a  single nucleosome  could  open up  a  site. All  of  these  scenarios have  been observed in vivo where both sliding of nucleosomes, nucleosome eviction and nucleosome  remodeling  occur  and,  consequently,  different  groups  of  re‐modeling machines have mechanistically distinct modes of action. 

Figure 2 Translational and Rotational positioning. A. Translational positioning: localization of a DNA‐binding site between  nucleosomes makes  it  accessible while  incorporation into  a  nucleosome  makes  it  inaccessible.  B.  Rotational positioning: A DNA‐binding  site  facing  the histone  surface  is inaccessible.  Twisting  the DNA makes  the DNA‐binding  site face away from the histone surface, making it accessible.  

Page 13: Chromatin Remodelling by BRG1 and SNF2H190933/FULLTEXT01.pdf · Chromatin remodeling by BRG1 and SNF2H Biochemistry and Function 4 This thesis is based on the following papers: Paper

Introduction  13

 

Covalent remodeling Chromatin remodeling is usually separated into two main categories: covalent remodeling and ATP‐dependent remodeling. Covalent chromatin remodeling is the addition or removal of various molecular moieties on histone proteins, mostly  involving  the  N‐terminal  tails.  Acetylation  (Carrozza  et  al.,  2003; Thiagalingam  et  al.,  2003), methylation  (Sims  et  al.,  2003),  phosphorylation (Iizuka and Smith, 2003), and ubiquitination  (Bach and Ostendorff, 2003) are the  most  well‐studied  covalent  histone  modifications,  while  histone  ADP‐ ribosylation  is  still  relatively  unexplored  in  the  context  of  chromatin remodeling, but has a role in DNA repair (Virag and Szabo, 2002). There is a complex network of functional interactions among these modifications and the effect of modifying histone N‐termini can be very local, acting on nucleosomes in  individual  promoters,  as  well  as  affecting  the  organization  of  whole chromosomes (Gregory et al., 2001; Zhang and Reinberg, 2001). As mentioned earlier, the histone N‐terminal tails are highly positive due to the presence of several  arginine  and  lysine  residues  and  these  charges mediate  interactions with a  large array of proteins and with  the negative phosphate backbone of DNA. Modifying  the  lysine  residues  by  adding  or  removing  acetyl  groups alters the positive charge and the specific charge distribution of the tails which leads  to changes  in  the pattern of association with DNA and proteins and  to modifications of  the  strengths of  these  interactions.  In a  similar manner,  the addition or removal of phosphate groups on serine residues leads to changes in charge distribution. The added molecules can also serve as markers and/or docking sites for proteins that in turn affect chromatin structure. For instance, methylation  of  lysine  9  on  H3  (H3metK9)  can  recruit  HP1,  leading  to heterochromatin  formation, while methylation  of  certain  residues  on H4  is instead a marker  for open and  transcriptionally active  euchromatin  (Sims et al., 2003).   The rapidly expanding field of covalent remodeling has involved the isolation and identification of a multitude of proteins responsible for such activities and work  in  this  field has begun  to unravel  their  complex patterns of biological function. A major advance in this field was the formulation of the histone code hypothesis, which explains how these modifications regulate one another and result  in  activation  or  repression  of  transcription.  In  general,  acetylation  of histones  increases DNA accessibility, while deacetylation  leads  to a decrease (Jenuwein and Allis, 2001; Strahl and Allis, 2000). The number and variety of  

Page 14: Chromatin Remodelling by BRG1 and SNF2H190933/FULLTEXT01.pdf · Chromatin remodeling by BRG1 and SNF2H Biochemistry and Function 4 This thesis is based on the following papers: Paper

Chromatin remodeling by BRG1 and SNF2H Biochemistry and Function 

14

 covalent  histone  modifications  are  steadily  increasing  and  translating  the histone  code  will  be  challenging.  Especially  since  the  influence  of  histone modifications on chromatin structure and corresponding biological response is intimately connected with ATP dependent chromatin remodeling. 

ATP‐dependent remodeling ATP‐dependent  chromatin  remodeling  is  a  process  in which  the  energy  of ATP hydrolysis is used to open up or close protein binding sites in chromatin by altering the rotational and/or translational positions of nucleosomes. ATP‐dependent remodeling is performed by the SWI2/SNF2 family of nucleic acid stimulated  ATPases  (Havas  et  al.,  2001;  Lusser  and  Kadonaga,  2003; Tsukiyama and Wu, 1997; Varga‐Weisz, 2001) and several models have been proposed for this type of remodeling. The exact mechanism, however, has not yet been fully resolved (Langst and Becker, 2004; Lusser and Kadonaga, 2003). The Twist‐Diffusion model suggests that SWI2/SNF2 ATPases uses the energy of ATP hydrolysis to twist DNA and to generate negative superhelical torsion that  diffuses  through  the  nucleosome.  This  results  in  structural  changes  in DNA‐histone interactions and, subsequently, modifies DNA accessibility. The Loop‐Recapture model proposes  that DNA  is detached  from  the nucleosome in  a  30‐35  bp  loop  that propagates  through  the nucleosome  as  a  “wave”  of altered  accessibility. Yet  another model,  the Cross‐Transfer model,  suggests that the DNA helix undergoes cross‐transfer across the surface of the nucleo‐some, and  that parts of  the helix are actually rolling off  the histone octamer, thereby escaping the repressive nucleosome environment altogether. There are distinct differences  in  the way  the various  subgroups within  the SWI2/SNF2 family  remodel  chromatin  substrates  in  vitro,  so  it  is  probable  that  several mechanisms are used. However,  the  results presented so  far are still unclear and depend strongly on the type off assay used. It  is  important to remember that these investigations have for the most part used single nucleosomes and poly‐nucleosomal  arrays  assembled  on  defined  short  stretches  of DNA  and these  substrates may not  correctly  reflect  the  situation  in vivo with  its much more complex and variable chromatin environment (Havas et al., 2000; Langst and  Becker,  2001;  Narlikar  et  al.,  2001).  Whatever  the  specific  details  in remodeling mechanisms will  turn  out  to  be,  all  of  them  change  the  trans‐lational  and/or  rotational  positioning  of  nucleosomes  and  cause  changes  in DNA accessibility.    

Page 15: Chromatin Remodelling by BRG1 and SNF2H190933/FULLTEXT01.pdf · Chromatin remodeling by BRG1 and SNF2H Biochemistry and Function 4 This thesis is based on the following papers: Paper

Introduction  15

 Chromatin Remodeling ATPases All  known  ATP‐dependent  chromatin  remodeling  is  performed  by  protein complexes  that  contain  a  central  ATPase  from  the  SWI2/SNF2  family.  The founding member of  this  family  is  the yeast SWI2/SNF2 protein, which was identified as a chromatin remodeling protein in the early 1990s. The members of this family are evolutionary conserved from yeast to mammals, and several of  them are essential  for viability. The number of SWI2/SNF2 proteins  is still growing, adding to the increasing complexity of the function and regulation of this important family of proteins. 

The SWI2/SNF2 protein family Genetic screens  in yeast  in the 1980s  identified a series of mutations  in genes affecting mating  type switching and sucrose metabolism. One of  these genes was designated swi2/snf2 for switch deficient 2/sucrose non‐fermenting 2 and it became the founding member of the ATP‐dependent chromatin remodeling family SWI2/SNF2 (Table I) (Abrams et al., 1986; Egel et al., 1984; Neigeborn and Carlson, 1984). The discovery that the SWI2/SNF2 protein was involved in the  modification  of  chromatin  structure  in  association  with  transcription (Hirschhorn et al., 1992; Peterson and Herskowitz, 1992; Peterson et al., 1991) marked  the  beginning  of  a  rapid  expansion  in  the  field  of  chromatin remodeling research.    The number of SWI2/SNF2 family members has grown considerably in the last ten years,  and proteins belonging  to  this  family have been  found  in  species from yeast  to mammals  (Table 1). The common denominator  is  the bipartite ATPase  domain with  an N‐terminal  half  called  the  SNF2‐N  domain  that  is unique  to  the SNF2  family, and a C‐terminal helicase C domain with a high degree  of  similarity  to  the  helicase  C  family. However,  helicase  activity  is thought to possibly be possessed by only one of the member proteins, INO80. All SWI2/SNF2 proteins have DNA stimulated and/or nucleosome stimulated ATPase activity and remodel chromatin in vitro. The defining ATPase domain is  highly  conserved  across  species,  but  outside  this  domain  the  SWI2/SNF2 proteins  have  little  sequence  identity. Another  characteristic  feature  of  this protein  family  is  the  combination  of  the  ATPase  domain  with  additional structures  such  as  BROMO,  SANT  or CHROMO  domains.  This  feature  has allowed  the members of  the  family  to be classified  into 7 groups: 1 SNF2, 2 ISWI, 3 CHD, 4 INO80, 5 CSB, 6 RAD54 and 7 DDM1 (Table 1) (Lusser and Kadonaga, 2003). 

Page 16: Chromatin Remodelling by BRG1 and SNF2H190933/FULLTEXT01.pdf · Chromatin remodeling by BRG1 and SNF2H Biochemistry and Function 4 This thesis is based on the following papers: Paper

16

Table I 

The SWI2/SNF2 Family  

                                                                                                          Characteristic                    Group                                   Species‐Protein                                  Domain                        Function 

  1. SNF2   

S.cerevisiae:  Drosophila:  Mammalia: 

Snf2, STH1  Brahma  BRG1, BRM 

  

BROMO 

  Transcription DNA Repair 

  2. ISWI   

S.cerevisiae:  Drosophila:  Mammalia:  

Iswi1p, Iswi2p  ISWI  SNF2H SNF2L 

  

SANT 

 Transcription Replication Global chromosome structure 

  3. CHD1   

S.cerevisiae:  Drosophila:  Mammalia:  

CHD1  Hrp1,3  Mi2‐α/CHD3 Mi2‐β/CHD4 

  

CHROMO PHD 

  Transcription  

  4. INO80   

  S.cerevisiae: 

  Ino80 

  

Divided SNF2 domain 

  Transcription 

  5. CSB   

 S.cerevisiae  Mammalia 

 Rad26  CSB/ERCC6 

 Acidic N‐

terminal domain critical for function. 

 Patterning of genome‐ wide DNA methylation

DNA Repair 

  6. RAD54   

 S.cerevisiae  Mammalia  

 Rad54  ATRX, ARIP4 

   Recombination Transcription 

  7. DDM1   

 A.thaliana                            

 DDM1/Lah1 

   DNA methylation 

   

Page 17: Chromatin Remodelling by BRG1 and SNF2H190933/FULLTEXT01.pdf · Chromatin remodeling by BRG1 and SNF2H Biochemistry and Function 4 This thesis is based on the following papers: Paper

Introduction  17

 The work presented  in  this  thesis  is  focused on  the mammalian SWI2/SNF2 homologs  BRG1  and  SNF2H  that  belong  to  the  first  and  second  group respectively.  

The mammalian SNF2 proteins BRG1 and BRM The SNF2 group contains the archetypical SWI2/SNF2 proteins. This group has two members  in yeast:  the  founding member ySWI2/SNF2  and ySTH1  (Snf‐two‐homolog 1) (Abrams et al., 1986; Laurent et al., 1992). Swi2/snf2 deletion strains  are  viable  but  grow more  slowly  than  the wild  type, while  Sth1  is essential.  Two mammalian  homologs  of  ySWI2/SNF2  have  been  identified: BRM and BRG1, while no mammalian protein has been designated as being a ySTH1 equivalent. BRM was named after the Drosophila SNF2 protein Brahma (Tamkun et al., 1992), while BRG1 stands for Brahma related gene 1 (Chiba et al., 1994; Khavari et al., 1993; Muchardt and Yaniv, 1993). BRG1 and BRM have a high degree of similarity in peptide sequence and in vitro enzymatic activity but  have  both  overlapping  and  unique  functions  in  vivo.  This  difference  is strikingly reflected  in  the  fact  that Brg1  is essential  for viability while Brm  is not (Bultman et al., 2000; Reyes et al., 1998).  

        

Figure  3. Domain  analysis  of BRG1  and BRM:  I. Charged, P/Q  rich  domain,  II. Charged  domain,  III.  Bipartite ATPase domain, IV. E7 box  (LXCXE motif), V. AT‐hook, VI. BROMO domain 

 Domain analysis of the BRM and BRG1 peptides (Figure 3) shows that the N‐terminal part contains two highly charged regions, where region 1 has a high proline  content  (~25%).  The  central  region  is  the  bipartite  ATPase  domain unique  for  the  SNF2  family.  The  actual  nucleotide  binding  site  is  highly conserved with a lysine residue critical for function that can be substituted for an  arginine  (K783R  in  hBRG1)  to  create  an  ATPase‐deficient  form  that  is  

I II III IV V VI 1648 aaBRG1 

1591 aa BRM 

Page 18: Chromatin Remodelling by BRG1 and SNF2H190933/FULLTEXT01.pdf · Chromatin remodeling by BRG1 and SNF2H Biochemistry and Function 4 This thesis is based on the following papers: Paper

Chromatin remodeling by BRG1 and SNF2H Biochemistry and Function 

18

 biochemically indistinguishable from the wild type protein (Chiba et al., 1994; Khavari  et  al.,  1993; Muchardt  and Yaniv,  1993; Wong  et  al.,  2000).  The C‐terminal region contains a BROMO domain (Figure 3) which is found in many chromatin‐associated proteins  (Tamkun  et  al.,  1992). These domains bind  to histone  N‐termini  and  recent  results  show  that  the  affinity  is  higher  for acetylated histone N‐termini (Dhalluin et al., 1999; Jacobson et al., 2000). This affinity  suggests  that  the  BROMO  domains  in  BRG1  and  BRM  facilitate substrate recognition and binding, leading to stabilization of these proteins on chromatin  in response  to  the acetylation status of histones  (Marmorstein and Berger, 2001). BRM and BRG1 also contain a region that  is similar to the AT‐hook motif  found  in HMG  I/Y  proteins  (Figure  3).  This  region  is  a  DNA binding domain essential  for BRM  function  in vivo, and  in vitro experiments show that BRM can bind to DNA harboring A⋅T bp repeats in a gel shift assay. Interestingly,  the  BROMO  domain  is  not  absolutely  essential  for  BRM mediated growth repression (Bourachot et al., 1999). BRG1 and BRM function in  large  protein  complexes,  and  some  of  the  associated  proteins  contain  an HMG domain or an ARID  (AT‐rich  interaction domain)  (Wilsker et al., 2004) which,  together with  the presence of  the AT‐hook motif,  suggests  that  these ATP‐dependent  remodeling  complexes have  intrinsic DNA‐binding  activity. However, it is unlikely that this activity is strong enough for autonomous and undirected chromatin binding  that  results  in  random chromatin  remodeling, because  such  binding  could  result  in  improper  gene  regulation  and  have negative repercussions for the cell. An alternative scenario is that the BROMO, AT‐hook,  ARID  and  HMG  domains  present  in  BRG1,  BRM,  and  their associated  proteins,  give  SWI/SNF  complexes  an  ʺaffinityʺ  towards  DNA. Once  recruited  to  a  specific  chromatin  site  this  affinity would help  stabilize substrate binding and facilitate remodeling which would be in agreement with data  showing  that BRG1  and BRM  are  recruited  to  chromatin  by  sequence‐ specific transcription factors (Sudarsanam and Winston, 2000). BRG1 and BRM also contain an Rb binding LXCXE motif (Figure 3) indicative of a role in cell cycle  control  via  the  Rb/E2F  network,  and  both  proteins  have  growth‐ suppressing  properties  in  transformed  cells,  that  identify  them  as  tumor suppressors. Interestingly, despite their high degree of similarity, the growth‐ suppressive property is clearly stronger for BRG1 than for BRM (Strober et al., 1996).    

Page 19: Chromatin Remodelling by BRG1 and SNF2H190933/FULLTEXT01.pdf · Chromatin remodeling by BRG1 and SNF2H Biochemistry and Function 4 This thesis is based on the following papers: Paper

Introduction  19

 

The SWI/SNF complex All proteins within the SNF2 group so far investigated function as ATPases in large protein complexes. The original yeast SWI2/SNF2 protein gave its name to  the  yeast  SWI/SNF  complex, which  contains  approximately  11  different polypeptides  (Cairns et al., 1994; Cote et al., 1994; Peterson et al., 1994). The essential ySTH1 protein functions within a complex called RSC (remodels the structures of chromatin), which contains 15 polypeptides (Cairns et al., 1996). The compositions of the yeast SWI/SNF and RSC complexes are fairly constant and  have  been  well  characterized.  The  situation,  however,  is  much  more complex when  it  comes  to  the mammalian  SNF2  proteins  BRM  and  BRG1. These ATPases also  function  in  large protein assemblies but  the composition of  these  mammalian  SWI/SNF  complexes  can  vary  from  between  8‐20 subunits.  Variants  of  mammalian  SWI/SNF  complexes  have  been  purified from various sources and  the complexity  in subunit composition and  in vivo function is staggering and not yet fully resolved. Below follows a discussion of SWI/SNF  complexes  isolated  from mammalian  sources, where  the  reference for each complex can be found in Table II together with the designated name and a description of the subunit composition.  Two mammalian SWI/SNF complexes were  initially  isolated by conventional chromatography: SWI/SNF‐A and SWI/SNF‐B. Both of these complexes had in vitro remodeling activity and stimulated activator binding  to DNA  (Kwon et al., 1994). In a large scale purification of mammalian SWI/SNF complexes from various  human, mouse  and  rat  cell  lines,  combining  chromatography with immunoaffinity purification,  it was shown that BRG1 and BRM are mutually exclusive subunits, that SWI/SNF complexes have overall similar polypeptide composition  but  that  they  also  display  a  significant  degree  of  variation. Proteins  associated with  the  complexes were  called  BAFs  (for  ʺBRG1/BRM associated  factorsʺ),  and  a  number  designating  the  apparent  MW  of  the polypeptide. The cloning and identification of BAF proteins were also initiated during these purifications (Wang et al., 1998; Wang et al., 1996a; Wang et al., 1996b;  Zhao  et  al.,  1998).  SWI/SNF  complexes  isolated  from  erythroid  cells revealed an association with  the  Ikaros  family of  transcription  factors and a role in β‐globin expression (Armstrong et al., 1998; Kim et al., 1999; OʹNeill et al., 1999; OʹNeill et al., 2000). The characterization of these purified complexes revealed a link between the SNF2 and Mi2 groups by identifying components of both the SWI/SNF and the NuRD complexes (not shown in the table) within 

Page 20: Chromatin Remodelling by BRG1 and SNF2H190933/FULLTEXT01.pdf · Chromatin remodeling by BRG1 and SNF2H Biochemistry and Function 4 This thesis is based on the following papers: Paper

20

Table II 

Page 21: Chromatin Remodelling by BRG1 and SNF2H190933/FULLTEXT01.pdf · Chromatin remodeling by BRG1 and SNF2H Biochemistry and Function 4 This thesis is based on the following papers: Paper

21

 

 

Page 22: Chromatin Remodelling by BRG1 and SNF2H190933/FULLTEXT01.pdf · Chromatin remodeling by BRG1 and SNF2H Biochemistry and Function 4 This thesis is based on the following papers: Paper

Chromatin remodeling by BRG1 and SNF2H Biochemistry and Function 

22

 these novel SWI/SNF variants (OʹNeill et al., 1999; OʹNeill et al., 2000; Tong et al.,  1998;  Xue  et  al.,  1998).  This  discovery  coupled  SWI/SNF‐mediated chromatin remodeling not only to the activation but also to the repression of transcription,  since  the  NuRD  complex  contains  HDACs,  which  have  a repressive  effect  on  transcription.  A  role  for  SWI/SNF  in  repression  of transcription was further supported by the isolation of the N‐Cor 1 and N‐Cor 2  complexes,  which  also  combine  ATP‐dependent  remodeling  with  the presence  of  HDAC  proteins.  In  addition,  N‐Cor2  contains  mSin3A,  a mammalian homolog of the yeast co‐repressor Sin3. Interestingly, components of  the  splicing machinery  (SAP130  and  SF3a120) were  also  found  in  these complexes (Underhill et al., 2000).  The  BAF180  protein  has  been  suggested  to  define  a  specific  form  of mammalian SWI/SNF complexes called PBAF. By combining chromatography with  immunoaffinity,  two  types  of  SWI/SNF  complexes were  isolated  that differed with  respect  to  the  presence  of  BAF250  and  BAF180. Cloning  and analysis of BAF180 revealed that it is highly similar to the chicken Polybromo protein (Goodwin and Nicolas, 2001; Nicolas and Goodwin, 1996) and that  it contains multiple BROMO domains, an unusual and characteristic feature. To distinguish  the  BAF180‐SWI/SNF  from  BAF250‐SWI/SNF  they  were designated PBAF  (Polybromo‐BAF) and BAF  respectively. Database searches revealed  that  three yRSC  subunits: Rsc1,  2  and  4, have  a  combined domain structure  highly  similar  to  BAF180,  suggesting  that  PBAF  is  a mammalian functional equivalent to the yeast RSC complex. Yeast RSC plays a role in cell cycle  progression,  and  the  subsequent  immunolocalization  of  BAF180  to kinetochores and spindle poles during prometaphase is in agreement with the hypothesis that PBAF is a mammalian RSC equivalent (Angus‐Hill et al., 2001; Xue et al., 2000). The division of SWI/SNF complexes into BAF and PBAF has been  confirmed  by  others  using  conventional  chromatography  purification strategies, which further showed a specificity for PBAF in mediating hormone receptor‐activated  in  vitro  transcription  (Lemon  et  al.,  2001). However,  the division  into  BAF  and  PBAF  is  far  from  clear,  since  a  similar  purification strategy as applied by Xue etal.  (2000), using FLAG‐tagged BRG1, BRM and SNF5  proteins,  did  not  yield  any  BAF180‐containing  SWI/SNF  complexes. Instead it revealed an association with the HDAC/mSin3A repressor complex, in  agreement  with  previous  findings  (Sif  et  al.,  2001;  Sif  et  al.,  1998). Interestingly,  the  only difference  in  the purification  strategies used  in  these  

Page 23: Chromatin Remodelling by BRG1 and SNF2H190933/FULLTEXT01.pdf · Chromatin remodeling by BRG1 and SNF2H Biochemistry and Function 4 This thesis is based on the following papers: Paper

Introduction  23

 reports  is that  for the  isolation of  the PBAF complex,  the nuclear extract was first  fractionated  over  a  P11  cation  exchange  column  before  αFLAG immunopurification.  A neuronal SWI/SNF complex designated ʺbBAFʺ was isolated using a neuro‐ specific  BAF53  homolog,  BAF53b,  as  a marker.  This  complex  contains  two subunits,  p180  and  p160,  that  either  are  special  variants  of  BAF180  and BAF155 or novel proteins (Olave et al., 2002). By an identical approach as that described  earlier  (Sif  et  al.,  2001),  the  previously  uncharacterized  p66  poly‐peptide was  identified as PRMT5, a  type  II arginine methyl  transferase. This SWI/SNF complex methylates H3 and H4  in vitro and  is  recruited  to  the  cad promoter  by Myc/Mad  heterodimers  resulting  in  transcriptional  repression (Pal  et  al.,  2003). A  strong  connection  between  SWI/SNF  and  leukemia was established when  a  complex  called EBAF was  isolated. EBAF  is  a  SWI/SNF variant that contains the ENL protein, and the enl gene is commonly fused to the mll gene in leukemia. MLL‐ENL fusion proteins could subsequently recruit SWI/SNF  to  genes  normally  regulated  by MLL  alone,  resulting  in  aberrant gene  expression  and  the  induction  of  leukemia.  Reporter  assays  using  the HoxA7  promoter,  an  endogenous  target  gene  for  MLL,  supported  this hypothesis by  showing a  synergistic effect between BRG1 and an MLL‐ENL fusion protein in the transcriptional activation of the reporter (Nie et al., 2003). The  SWI/SNF  variant  WINAC  combines  the  WSTF  (Williams‐syndrome‐transcription‐factor) protein with SWI/SNF components, with components of the  replication  and  nucleosome  assembly  machinery  and  with  the  VDR (vitamin D  receptor).  Interestingly,  the WSTF  protein  had  previously  been found  only  in  complex with  ISWI  proteins,  the  second  group  of  the  SNF2 family.  The  WINAC  has  in  vitro  nucleosome  assembly  activity,  in  vivo promoter  targeting  and,  interestingly,  vitamin  D3‐independent  complex assembly  and  promoter  binding,  while  it  has,  on  the  other  hand,  ligand‐dependent  transactivation  (Kitagawa  et  al.,  2003). The  latest  addition  to  this multifaceted  family  is  the  NUMAC  which  contains  CARM1,  an  arginine specific  histone methyl  transferase  protein  (H3metR17).  Its  association with SWI/SNF dramatically  increases  its  specificity  towards nucleosomal histones compared  to  its  activity  towards  free  histones. The NUMAC  is  involved  in hormone  receptor‐activated  transcription, and activates ER  responsive genes in vivo (Xu et al., 2004).   

Page 24: Chromatin Remodelling by BRG1 and SNF2H190933/FULLTEXT01.pdf · Chromatin remodeling by BRG1 and SNF2H Biochemistry and Function 4 This thesis is based on the following papers: Paper

Chromatin remodeling by BRG1 and SNF2H Biochemistry and Function 

24

 The  diversity  discovered  by  the  purifications  of  SWI/SNF  complexes  has important  implications  for  their  biological  function.  The  power  inherent  in ATP‐dependent  remodeling  seems  to  have  been  harnessed  and  refined  by evolution  to meet  specific demands  that  arose when  the genome  expanded, since the general trend is that the larger the genome of an organism, the more complex is the biochemical make‐up of SWI/SNF. This model fits well with the isolation of  cell  type  specific  and  tissue  specific  forms  capable of  regulating genes necessary  for phenotypic  identity,  since  an  increase  in  the number  of genes would  require a more sophisticated network of  regulation  to ensure a properly  executed  and  maintained  differentiation  and  homeostasis.  As  a result, the actual in vivo function of these complexes is likely to be highly gene‐ specific and  linked  to  local  chromatin  topology.  It  is,  therefore, necessary  to focus  on  each  individual  gene  and  determine  its  specific  relationship  to SWI/SNF,  in  order  to dissect  and  fully  understand  the  biology  of  SWI/SNF complexes   Table  II  shows  that many of  the  isolated SWI/SNF variants  contain proteins that  are  involved  in  repression  of  transcription,  such  as  HDACs.  This  is difficult  to  reconcile with  the  fact  that  identification  of  SWI/SNF  regulated genes have  for  the most part  found genes  to be up  regulated  in  response  to SWI/SNF  and  not  repressed  (Hendricks  et  al.,  2004;  Liu  et  al.,  2001; Sudarsanam  et  al.,  2000).  An  unknown  factor  with  the  many  forms  of SWI/SNF  that  have  been  isolated  is  that  there  is  very  limited  information about the relative amounts of these complexes in cells. It is possible, therefore, that  the  population  containing  repressive  components  is  a  minor  one, explaining why activation of transcription is predominant. Another possibility is that our understanding of SWI/SNF activity on promoters is incomplete and that there are mechanisms we have not yet discovered.  From a technical point of view, another important issue is that the biochemical conditions used to purify SWI/SNF may have a profound effect on the forms of SWI/SNF  complexes  that  the procedure will yield. Some examples of  this are  the presence  of  actin  in  SWI/SNF  and  the division  into BAF  and PBAF, both of which vary depending on biochemical conditions during purification (See Present Investigation for an analysis and discussion of the SWI/SNF‐actin connection and BAF/PBAF division).   

Page 25: Chromatin Remodelling by BRG1 and SNF2H190933/FULLTEXT01.pdf · Chromatin remodeling by BRG1 and SNF2H Biochemistry and Function 4 This thesis is based on the following papers: Paper

Introduction  25

 

SWI/SNF in vitro activity It  is  well‐established  that  BRG1‐containing  SWI/SNF  complexes  remodel mononucleosomes  in  an ATP‐dependent manner  in  vitro,  and  that  they  also change  the  nuclease  digestion  pattern  of  an  array  of  nucleosomes. Interestingly, BRM‐containing SWI/SNF may only be active on a nucleosome array and not on mononucleosomes  (Sif et al., 2001). The process  is partially independent  of  histone  N‐termini,  although  it  is  less  efficient  on  trypsin treated  nucleosomes  (Guyon  et  al.,  1999).  Remodeling  usually  takes  place without evicting histone octamers  from  the DNA strand unless a high molar ratio (1:3) of SWI/SNF to nucleosomes is used (Phelan et al., 2000). It has been estimated that  there are between 100‐200 SWI/SNF complexes  in yeast nuclei (Cairns et al., 1996) and  if this  is the case also  in mammals, the  in vivo molar ratio  of  SWI/SNF  to  nucleosomes  is  very much  lower  than  in  these  in  vitro assays.  As  a  consequence,  trans‐displacement  of  histones  may  not  be  a physiological mode  of  action  in  a  natural  chromatin  environment.  On  the other hand,  recruitment mechanisms of SWI/SNF  to promoters may  increase the  local  concentration  enough  to  promote  trans‐displacement.  SWI/SNF complexes also change  the topology of DNA assembled  into nucleosomes by reducing  the  amount  of  negative  supercoiling  (Havas  et  al.,  2000)  and SWI/SNF  complexes  can  shift  the  translational position  of nucleosomes  in  a process known as sliding (Jaskelioff et al., 2000; Whitehouse et al., 1999).  Recombinant BRG1 and BRM can  remodel nucleosomes on  their own, albeit less efficiently than a complete SWI/SNF complex. A unit as active as a whole SWI/SNF  complex  can  be  formed  by  combining  BRG1  with  only  three additional  subunits:  INI1,  BAF155  and  BAF170  (Phelan  et  al.,  1999).  This suggests that the complex is organized around a central remodelling core and that BAF proteins  function as  regulators or modulators of activity and/or  to mediate  interactions with components of the transcription machinery. Such a model agrees well with the biochemical results that always show INI1, BAF155 and  BAF170  as  a  part  of  the  complex, while many  other  components  vary (Table  II).  This  type  of modular  structure  around  a  central  functional  core allows  for  great  flexibility,  in  concordance with  the  compositional diversity seen  among  SWI/SNF  complexes. However,  it  has  not  been  tested  if  other combinations  of  BAFs  together  with  BRG1  or  BRM  result  in  equally  high remodeling activity in vitro.   

Page 26: Chromatin Remodelling by BRG1 and SNF2H190933/FULLTEXT01.pdf · Chromatin remodeling by BRG1 and SNF2H Biochemistry and Function 4 This thesis is based on the following papers: Paper

Chromatin remodeling by BRG1 and SNF2H Biochemistry and Function 

26

 

The biology of SWI/SNF complexes Development It is a challenge to investigate the biological aspects of SWI/SNF function given the high complexity in subunit composition. Studies show that both BRG1 and hBRM  are  expressed  ubiquitously  in  all  adult  tissues  (Khavari  et  al.,  1993; Muchardt and Yaniv, 1993) but have distinctly different spatial and temporal patterns of expression during development. F9 murine embryonal carcinoma cells have an absolute requirement  for BRG1  (Sumi‐Ichinose et al., 1997) and mouse zygotes with a homozygous deletion of BRG1 cannot grow into viable embryos (Bultman et al., 2000). Developing blastulas die before  implantation in the uterus, and neither the inner cell mass nor the trophectoderm are viable in  ex vivo cultures. Heterozygous BRG1+/‐ mice are viable, but  the number of offspring is significantly lower than it is for wild type animals. These mice also display an increased predisposition for exencephaly and tumors. Baf47/INI1‐/‐ mice  are  non‐viable  and  have  an  identical  phenotype  as  BRG1‐/‐  embryos. Heterozygous individuals survive, but develop tumors in the nervous system and  soft  tissue  sarcomas  (Klochendler‐Yeivin  et  al.,  2000).  In  stark  contrast, BRM  is not essential for survival, and homozygous knockout mice are viable and fertile. The only  identifiable phenotype  is that overall body size  is  larger than  normal,  as  are  certain  internal  organs.  The  protein  level  of  BRG1  is elevated in these mice, suggesting that BRG1 can functionally compensate for the loss of BRM (Reyes et al., 1998).  Differentiation The expression patterns of BRG1 and BRM during embryo differentiation have spatial  and  temporal  tissue‐specific  distribution  in mice,  in  which  BRM  is specifically expressed as soon as the blastula starts to differentiate (Dauvillier et  al.,  2001; LeGouy  et  al.,  1998; Randazzo  et  al.,  1994).  Similar patterns  are seen in developing chicken embryos (Schofield et al., 1999). SWI/SNF activity has also been coupled  to  the differentiation of murine neural precursor cells, where BRG1  is present at a constant  level  throughout  this process while  the level of BRM  increases dramatically.  Identical  results have been obtained  in murine  P19  cells  during  their  differentiation  to  muscle,  neural,  and endodermal and mesodermal cell  types  (Machida et al., 2001). Other  reports have  shown  that  differentiation  of  NIH3T3  fibroblasts  into  muscle  cells depends on both BRG1 and BRM in cooperation with the transcription factor MyoD. Expression of dominant negative ATPase‐deficient forms of BRG1 and  

Page 27: Chromatin Remodelling by BRG1 and SNF2H190933/FULLTEXT01.pdf · Chromatin remodeling by BRG1 and SNF2H Biochemistry and Function 4 This thesis is based on the following papers: Paper

Introduction  27

 BRM  severely  inhibits  this  process  and  specifically  represses  remodeling  of promoters  of MyoD‐activated  genes  in  vivo  (de  la  Serna  et  al.,  2001a;  de  la Serna et al., 2001b). These results clearly show that chromatin remodeling by SWI/SNF complexes is important in development and differentiation and they show that BRG1 and BRM are likely to have both shared and unique biological functions.   SWI/SNF and cell cycle regulation The  SWI/SNF  complex  is  intimately  involved  in  cell  cycle  regulation.  The BRG1  and  BRM  proteins  are  both  phosphorylated  and  excluded  from condensed  chromosomes  during  the  M‐phase,  but  the  outcome  of  the phosphorylation  is different. The  level of BRG1 remains constant  throughout the cell cycle, but the level of the BRM protein drops considerably during the M‐phase  when  it  is  degraded  in  response  to  phosphorylation.  BRG1  is reactivated by de‐phosphorylation in late M/early G1 and, at the same time, de novo  synthesis  of  BRM  rapidly  brings  the  protein  back  up  to  normal  levels (Muchardt et al., 1996; Stukenberg et al., 1997). The SWI/SNF subunit BAF155 is also phosphorylated  in a cell‐cycle dependent pattern similar to BRG1 and BRM,  and  SWI/SNF  complexes  isolated  from M‐phase  cells  are  inactive  in remodeling assays (Sif et al., 1998). Data from yeast show that genes that must be  activated  in  the  boundary  between M  and  G1  in  the  cell  cycle,  where chromatin  is  still  very  condensed,  depend  on  SWI/SNF  for  transcriptional activation  (Krebs  et  al.,  2000).  Clearly,  highly  condensed  chromatin  is  still somewhat  susceptible  to  SWI/SNF  remodeling  and  it  is,  therefore,  possible that  remodeling  during  the  M‐phase  interferes  with  proper  chromosome structure and separation, explaining why the complex must be inactivated.  The SWI/SNF complex  interacts with a number of  regulatory components  in the  cell  cycle machinery. Over‐expression of BRG1 or BRM  in human SW13 cells, which  are  deficient  in  these  proteins,  causes  cell  cycle  arrest  and  cell senescence. This arrest depends on an  interaction between BRG1 and the cell cycle repressor protein pRb  , which  is essential  for BRG1‐mediated cell cycle arrest in SW13 cells (Dunaief et al., 1994; Shanahan et al., 1999). Co‐expression of BRG1 and a constitutively active pRb allele in C33A cells that are normally deficient  in  these  proteins  induces  cell  cycle  arrest  (Strobeck  et  al.,  2000a; Strobeck et al., 2000b). SWI/SNF has been found  in a functional unit together with pRb and HDACs in a complex that represses the cyclin E and A genes.   

Page 28: Chromatin Remodelling by BRG1 and SNF2H190933/FULLTEXT01.pdf · Chromatin remodeling by BRG1 and SNF2H Biochemistry and Function 4 This thesis is based on the following papers: Paper

Chromatin remodeling by BRG1 and SNF2H Biochemistry and Function 

28

 Phosphorylation  of pRb disrupts  the  interaction with HDACs, but  the pRb‐ SWI/SNF complex persists and instead maintains cyclin A expression (Zhang et al., 2000). BRG1 and BAF155 also directly interact with cyclin E (Shanahan et al.,  1999).  The  involvement  of  SWI/SNF  in  cyclin  A  expression  and  the interactions with pRb and cyclin E define a role for SWI/SNF in the exit from the G1 and S phases of the cell cycle.  The SWI/SNF subunit Ini1/BAF47 binds to the early response protein c‐myc in vivo and facilitates c‐myc transactivation of target genes (Cheng et al., 1999). In SW13  cells,  SWI/SNF  represses  endogenous  c‐fos  expression  in  an  Rb‐dependent manner  that  is  independent  of  E2F  (Murphy  et  al.,  1999), while transactivation  by  Fos/Jun  dimers  is  partially  regulated  by  the  SWI/SNF subunit BAF 60a (Ito et al., 2001). The data above clearly show that SWI/SNF activity is important in cell cycle regulation, and in agreement with these data the  SWI/SNF  complex  has  been  identified  as  a  tumor  suppressor.  Many human  cancer  cell  lines  show  a  down‐regulation  of  expression  or  lack expression  altogether  of  several  SWI/SNF  components  and  a  number  of mutations  in  genes  coding  for  SWI/SNF  components  have  been  identified (Decristofaro  et  al.,  2001;  DeCristofaro  et  al.,  1999;  Reisman  et  al.,  2003; Reisman et al., 2002; Wong et al., 2000). The SWI/SNF subunit Ini1 is strongly connected  to  cancer development  and  is mutated or undetectable  in  several forms of cancer, in particular in pediatric rhabdoid tumors (Biegel et al., 1999; Versteege et al., 1998). Strikingly, inactivation of INI1 expression in mice leads to  CD8+  T‐cell  lymphoma  with  100%  penetrance  (Roberts  et  al.,  2002). Expression of a functional Ini1 protein in Ini1‐deficient tumor cells restores cell cycle control and leads to cell cycle arrest and apoptosis (Ae et al., 2002; Betz et al.,  2002).  Surprisingly, despite having  such  severe biological  effects,  loss  of Ini1 does not  impair  the  expression  of  several  known  SWI/SNF‐ dependent genes, nor  is  the protein required  for  the structural  integrity of  the SWI/SNF complex  (Doan  et al.,  2004). Similarly,  the Drosophila  INI1 homolog SNR1  is not  required  for  all  functional  aspects  of  the Brahma  complex  (Zraly  et  al., 2003).  BRG1  also  binds  to  BRCA1,  a  tumor  suppressor  that  is mutated  in familial breast cancer, and BRCA1‐stimulation of p53‐mediated  transcription depends on BRG1 (Bochar et al., 2000b). These data clearly show that SWI/SNF complexes have a fundamental role in tumor suppression.    

Page 29: Chromatin Remodelling by BRG1 and SNF2H190933/FULLTEXT01.pdf · Chromatin remodeling by BRG1 and SNF2H Biochemistry and Function 4 This thesis is based on the following papers: Paper

Introduction  29

 Transcription SWI/SNF  complexes  in  yeast  and  mammalian  cells  are  involved  in  the regulation of transcription and are recruited to promoters by sequence‐specific transcription factors (Kadam and Emerson, 2003; Prochasson et al., 2003). The chromatin  remodeling  activity  then  facilitates  binding  of  both  specific  and general  transcription  factors, and  it  facilitates  the binding of  factors  involved in  repression,  such  as HDACs.  It  is  important  to  recognize  that  chromatin remodeling per se does not determine whether  transcription will be activated or  repressed,  although  SWI/SNF  activity  has  so  far mostly  been  associated with  activation. A well‐studied  aspect  of  SWI/SNF‐mediated  transcriptional activation is the interaction between SWI/SNF and nuclear hormone receptors (Jeon  et  al.,  1997). The GR  (glucocorticoid  receptor)  recruits SWI/SNF  to  the MMTV promoter, resulting in increased DNA accessibility that is essential for transcriptional  activation  (Fryer  and  Archer,  1998;  Ostlund  Farrants  et  al., 1997). Chromatin  remodeling of  the MMTV promoter  cannot be  substituted with other ATP‐dependent chromatin remodeling complexes besides SWI/SNF and, in addition, the MMTV promoter specifically requires the BAF variant of SWI/SNF complexes for transcriptional activation, and not PBAF (Trotter and Archer,  2004).  Selectivity  in  the  recruitment  of  specific  forms  of  SWI/SNF complexes  is  a  general  pattern  for  nuclear  hormone  receptors.  The  VDR (vitamin D receptor) selectively recruits the PBAF form of SWI/SNF (Lemon et al., 2001) and the AR (androgen receptor) has a preference for BRM‐containing SWI/SNF  complexes  with  important  implications  in  prostate  cancer development (Marshall et al., 2003). The  ER  (estrogen  receptor)  recruits  the  SWI/SNF  complex  to  estrogen‐responsive genes, where  it activates  transcription  in co‐operation with HATs (Belandia et al., 2002; DiRenzo et al., 2000; Ichinose et al., 1997), and this ER‐SWI/SNF  interaction  is  essential  for  breast  cancer  treatment  with  estrogen antagonists (Wang et al., 2004). In the SWI/SNF‐hormone receptor interaction, another  layer  of  complexity  is  that  it has  been mapped  to  specific  subunits besides  BRG1  and  BRM,  which  greatly  increases  the  number  of  potential combinations  in  the  interaction  between  SWI/SNF  complexes  and  hormone receptors (Belandia et al., 2002; Debril et al., 2004; Hsiao et al., 2003; Inoue et al., 2002; Koszewski et al., 2003; Lemon et al., 2001).     

Page 30: Chromatin Remodelling by BRG1 and SNF2H190933/FULLTEXT01.pdf · Chromatin remodeling by BRG1 and SNF2H Biochemistry and Function 4 This thesis is based on the following papers: Paper

Chromatin remodeling by BRG1 and SNF2H Biochemistry and Function 

30

 Detailed  studies  in  mammalian  cells  have  begun  to  unravel  the  complex dynamics  between  SWI/SNF  recruitment  to  promoters,  PIC  (pre‐initiation complex)  formation,  promoter  firing  and  other  chromatin  remodeling activities  and  have  revealed  variations  in  the  order  of  events.  Histone acetylation  and partial PIC  formation precedes SWI/SNF  recruitment on  the mammalian  IFN‐β  (interferon‐beta)  promoter  (Agalioti  et  al.,  2000).  The mammalian PPARγ2 promoter  is regulated  in a different order  in which TBP binding  and partial PIC  assembly happen before SWI/SNF  recruitment. Full PIC assembly takes place concomitant with SWI/SNF recruitment, followed by H3 acetylation and subsequent promoter firing (Salma et al., 2004). The human α1‐AT  gene  is  induced  by  differentiation  signals,  but  TBP,  TFIIB  and  the activator protein HNF‐1 are constitutively bound to the promoter even in the absence of such signals. Differentiation triggers rapid recruitment of RNApolII and GTFs (general transcription factors), leading to full PIC formation but not to  activation  of  transcription.  Promoter  firing  requires  the  subsequent recruitment  of  SWI/SNF  and  two  HATs  (CBP  and  P/CAF),  resulting  in remodeling  and  acetylation  of  proximal  nucleosomes  (Soutoglou  and Talianidis, 2002). These  examples  of  variations  in  SWI/SNF  involvement  in  transcriptional regulation  reveal  significant  differences  in  promoter‐specific  SWI/SNF requirement and function. However, the situation may be even more complex, as almost all work on promoter recruitment of SWI/SNF has been done with ChIP  (chromatin  immunoprecipitation) directed  towards BRG1 or BRM, and very  little  work  has  been  done  in  elucidating  the  pattern  of  promoter recruitment of  specific BAFs.  It  is of  significant  interest  to expand promoter analyses to also encompass the BAFs, in order to fully understand the biology of mammalian SWI/SNF in transcription in relation to the biochemical hetero‐geneity and the apparent promoter‐specific variations in SWI/SNF activity,   SWI/SNF‐regulated genes Since  most  aspects  of  the  biology  of  SWI/SNF  complexes  are  coupled  to regulation  of  transcription,  several  large‐scale  attempts  have  been made  to identify  SWI/SNF‐regulated  genes.  Expression  profiling  in  yeast  comparing wild  type  and  swi2/snf2  strains  revealed  ~300  genes  to  be  up‐  or  down‐ regulated but no discernible pattern could be seen among  them  (Holstege et al.,  1998;  Sudarsanam  et  al.,  2000).  Similar  approaches  have  been  used  in mammalian cells, using the BRG1‐deficient and BRM‐deficient cell  line SW13 (Leibovitz et al., 1973; Muchardt and Yaniv, 1993). 

Page 31: Chromatin Remodelling by BRG1 and SNF2H190933/FULLTEXT01.pdf · Chromatin remodeling by BRG1 and SNF2H Biochemistry and Function 4 This thesis is based on the following papers: Paper

Introduction  31

 Twenty‐two  thousand genes were  screened using mRNA  from FACS‐sorted SW13 cells transiently transfected with BRG1 together with GFP as a marker, and this screen yielded 80 up‐regulated and two down‐regulated genes (Liu et al., 2001). Interestingly, there was a significant degree of variation among these genes, where  some were  absolutely  dependent  on  SWI/SNF  for  expression while  others  seemed  only  to  require  SWI/SNF  for maximal  induction.  The identification of SWI/SNF‐dependent genes  is further complicated by the fact that there  is a cell type‐specific  interaction between SWI/SNF and promoters. A  microarray  screen  of  40,000  human  cDNA  sequences  using  transient expression of BRG1 in the BRG1‐deficient human breast cancer cell line ALAB identified 70 up‐regulated and 65 down‐regulated genes. Several novel targets were  confirmed  to  be  SWI/SNF‐regulated  but,  interestingly,  some  genes displayed  a  cell  type‐specific dependence  on  SWI/SNF  for  activation. BRG1 expression  in  SW13  cells  strongly  induced  cd44,  osteonectin  and  csf1, while BRG1  expression  in  ALAB  cells  only  induced  osteonectin.  Brm  was  also identified  and verified  as  a BRG1  target promoter,  a  connection not  seen  in several other cell types (Hendricks et al., 2004).  It  is  highly  interesting  that  remodeling  by  SWI/SNF  is  not  only  promoter‐ specific,  but  also  varies  depending  on  cell  type.  One  explanation  is  that additional  transcription  factors besides SWI/SNF are simply not expressed  in ALAB  cells,  preventing  SWI/SNF‐mediated  promoter  activation/stimulation. Another possibility  is  that cells  in culture are epigenetically unstable, so  that the regulatory chromatin topology over promoters changes over time so that it no  longer  reflects  the  correct  physiological  situation.  Such  a  scenario  raises questions  about  the  physiological  relevance  of  cell  culture  experiments. Alternatively, epigenetic patterns established during development could result in  the  same  promoter  having  tissue‐specific  chromatin  topology  and, consequently,  to  require  different  promoter  activities  for  transcriptional activation  or  repression.  Depending  on  tissue  origin,  the  same  gene  could subsequently  show  variations  in  SWI/SNF dependency  for  its  expression  in different cell types.       

Page 32: Chromatin Remodelling by BRG1 and SNF2H190933/FULLTEXT01.pdf · Chromatin remodeling by BRG1 and SNF2H Biochemistry and Function 4 This thesis is based on the following papers: Paper

Chromatin remodeling by BRG1 and SNF2H Biochemistry and Function 

32

 

The mammalian ISWI proteins SNF2H and SNF2L The  second  group  in  the  SNF2  family  contains  the  ISWI  (imitation  switch) proteins. The  founding member of  this group  is  the Drosophila  ISWI protein, which was  identified based on  its sequence homology  to  the yeast Swi2/Snf2 protein. These proteins  appeared,  in  early  experiments,  to have  the  same  in vitro  remodeling activity as  the SNF2 proteins,  imitating  them  (Elfring et al., 1994). Yeast contains two ISWI homologs, Iswi1 and Iswi2 (Table I), which are not essential for viability although null mutant strains are sensitive to a wide range of stress  factors  (Tsukiyama et al., 1999). Mammals contain  two highly similar  homologs  of  ISWI,  designated  SNF2L  (Snf2‐like)  and  SNF2H  (Snf2 homolog). The SNF2H protein  is essential  for viability.  (Table  I & Figure 4) (Aihara et al., 1998; Okabe et al., 1992; Stopka and Skoultchi, 2003).    

 

Figure  4. Domain  analysis  of  SNF2H  and  SNF2L  I. ATPase domain, II SANT domain, III SLIDE domain. 

  SNF2H  and  SNF2L  share  the  same  bipartite  ATPase  domain  as  the  SNF2 group,  but  have  a  SANT  (SWI3‐Ada2‐N‐Cor‐TFIIB  DNA‐binding)  domain instead of a BROMO domain  (Figure 4). The SANT domain  is  related  to  the DNA‐binding  domain  found  in MYB  transcription  factors  (Aasland  et  al., 1996). Results suggest  that  this domain binds  to histone N‐terminal  tails  in a manner  that depends on  the acetylation  status of  the  tails.  Interestingly,  the SWI/SNF  components  BAF155  and  BAF170  also  contain  a  SANT  domain (Boyer  et  al.,  2002; Boyer  et  al.,  2004). The  SNF2L  and  SNF2H proteins  also contain  a  SANT  related  SLIDE  domain, which  plays  a  role  in  nucleosome binding and chromatin remodeling (Figure 4) (Grune et al., 2003). There is no sequence conservation between the ISWI proteins and the SNF2 proteins, with the exception of the conserved ATPase domain, which suggests that they have different biological functions.  

I                                 II                    III SNF2H  1053 aa

 SNF2L  1034 aa

Page 33: Chromatin Remodelling by BRG1 and SNF2H190933/FULLTEXT01.pdf · Chromatin remodeling by BRG1 and SNF2H Biochemistry and Function 4 This thesis is based on the following papers: Paper

Introduction  33

 This is further illustrated by the facts that the ATPase activity of ISWI proteins is stimulated by DNA but requires nucleosomes for maximum activation, and that ISWI activity depends on histone N‐termini, a clear difference compared to the SNF2 proteins, see above and (Boyer et al., 2000; Corona et al., 1999).  

The ISWI complex The  ISWI proteins  function  in  complexes  in  vivo  and  these  complexes were first  identified  in  Drosophila  and  later  in  mammals.  The  different  ISWI‐ containing  complexes  that have been  isolated  to date have not  revealed  the large  biochemical  heterogeneity  seen  in  the  SWI/SNF  family  of  protein complexes, but have a more limited repertoire in subunit composition.  Yeast contains three ISWI complexes: ISWI1a, which contains Iswi1 and Ioc3; ISWI1b, which contains Iswi1, Ioc2 and Ioc4; and ISWI2, which contains Iswi2 and  Itc1. Yeast  also  has  the unique  feature  of  containing  free  Iswi1  protein (Gelbart  et  al.,  2001; Vary  et  al.,  2003)  The NURF  (nucleosome  remodeling factor) was  the  first  ISWI‐containing  complex  isolated,  and  it was  found  in Drosophila as a factor that disrupts a regularly spaced nucleosome array in co‐operation with  the  GAGA  transcription  factor  (Tsukiyama  and Wu,  1995). NURF  is made up of  4 polypeptides: Nurf301,  ISWI, Nurf55 and Nurf38. A mammalian  equivalent  to NURF has  recently been  isolated,  and  is  the  only remodeling factor that contains the SNF2L protein (Barak et al., 2003). Another factor, ACF (ATP dependent chromatin remodeling and assembly factor), was also originally isolated from Drosophila embryo extracts and is made up of two subunits: Acf1  and  ISWI. ACF was  identified  as  a  factor  that  facilitates  the ordered spacing of nucleosomes  in chromatin assembly reactions  in vitro  (Ito et  al.,  1997;  Ito  et  al.,  1999). A  homologous  complex  has  been  identified  in human  cells  with  an  identical  subunit  composition  and  identical  in  vitro activity. It is called hACF or WCRF after the human Acf1 homolog WCRF180, and contains the SNF2H ATPase (Bochar et al., 2000a; LeRoy et al., 2000). The chromatin accessibility complex, CHRAC, was also found in Drosophila and is highly similar  to ACF.  It contains 4 polypeptides: Acf1,  ISWI and  two novel, histone fold proteins: p17 and p15 (Varga‐Weisz et al., 1997). Topoisomerase II was  reported  as  a  part  of  the  complex  in  the  original  purification,  but additional purification revealed that this interaction was non‐specific and that the in vitro activity of CHRAC is unchanged with or without topo II. CHRAC assists in the creation of ordered nucleosome arrays, an activity it shares with  

Page 34: Chromatin Remodelling by BRG1 and SNF2H190933/FULLTEXT01.pdf · Chromatin remodeling by BRG1 and SNF2H Biochemistry and Function 4 This thesis is based on the following papers: Paper

Chromatin remodeling by BRG1 and SNF2H Biochemistry and Function 

34

 the ACF, which  sets  them  apart  from  the NURF  that mediates  the opposite reaction. Human CHRAC has  the exact same polypeptide composition as  its Drosophila  counterpart  and  contains  the mammalian  ISWI  homolog  SNF2H (Poot  et  al.,  2000).  The WICH  complex  combines  SNF2H  with  the WSTF (Williams  syndrome  transcription  factor) protein  and  this  complex mediates the  formation of an ordered nucleosome array  in vitro. WHICH  is present  in NIH3T3 cells,  in HeLa cells and  in Xenopus oocyte extracts  (Bozhenok et al., 2002). The NoRC (nucleolar remodeling complex) was isolated from mice and contains Tip5 and murine SNF2H and has the same in vitro activity as CHRAC (Strohner  et  al.,  2001).  The  SNF2H‐cohesin  complex  combines  SNF2H with Mi2/NURD  components  and  cohesin  proteins  and  is  probably  involved  in loading cohesin onto chromosomes (Hakimi et al., 2002). RSF  (remodeling  and  spacing  factor) was  isolated  as  a  factor  that  facilitates activator‐mediated  transcription  initiation  in  vitro  and  facilitates  both  the spacing and remodeling of nucleosomal arrays. It was isolated from HeLa cells and  is  made  up  of  two  components:  Rsf‐1  and  SNF2H.  No  Rsf‐1‐related proteins have been identified (LeRoy et al., 1998; Loyola et al., 2003; Loyola et al., 2001).   Interestingly, most of  the proteins associated with  ISWI, SNF2H and SNF2L, such as yItc1, Acf1, Nurf301, Tip5 and WSTF, belong to a novel protein family called  the WAL/BAZ/BAH  (wstf‐acf‐like/ bromo‐adjacent zinc  finger/ bromo‐ adjacent  homology)  family  (Jones  et  al.,  2000).  These  proteins  are  not  very similar on the level of amino acid sequence, except for a number of small and defined  domains,  and  ordinary  BLAST  (basic  local  alignment  search  tool) searches do not reveal significant relationships. However,  it becomes evident when comparing the overall domain structure of these proteins that they have a  high  degree  of  structural  similarity.  Database  searches  using  the  NCBI CDART (conserved domain architecture retrieval tool) search engine  indicate that  there  are  uncharacterized WAL/BAZ/BAH  proteins within  the  human genome,  suggesting  that  there might be novel SNF2H‐containing or SNF2L‐ containing  complexes  that  have  not  yet  been  identified.  The  functional significance of the WAL/BAZ/BAH proteins in chromatin remodeling has not yet been fully elucidated, but in vitro studies show that they have a profound effect on the chromatin remodeling activity of ISWI proteins.    

Page 35: Chromatin Remodelling by BRG1 and SNF2H190933/FULLTEXT01.pdf · Chromatin remodeling by BRG1 and SNF2H Biochemistry and Function 4 This thesis is based on the following papers: Paper

Introduction  35

 

ISWI in vitro activity Analysis of ISWI  in vitro activity has revealed  that  these ATPases change the translational  position  of  nucleosomes  without  perturbing  the  actual nucleosome structure. This mechanism is known as ʺslidingʺ but differs from the sliding activity of the SNF2 proteins in that these proteins actually change the nucleosome structure during the sliding process. On reconstituted mono‐nucleosomes,  ISWI  ATPases  alter  the  translational  position  of  the  octamer from a central position to the extreme end of the DNA strand, and can actually push it slightly off the end of the DNA. A proposed mechanism for this is that ISWI  proteins  contact  both  linker  DNA  and  the  nucleosome,  creating  a position of leverage, and then ʺpushʺ the DNA against the histone octamer, in agreement with the Loop‐Recapture model (Langst and Becker, 2001; Langst et al., 1999). Chromatin remodelling by ISWI proteins depends on the presence of histone  tails  and  on  the  acetylation  state  of  the  histone N‐termini.  Results show  that a 20 amino acid  epitope on  the H4  tail  is  essential,  together with DNA, for ISWI binding, and that acetylation of nearby residues abolishes this interaction. These observations are consistent with the histone binding proper‐ties of the SANT domain (Clapier et al., 2001; Clapier et al., 2002).   Remarkably, the activity of ISWI‐containing complexes differs from that of the free ISWI protein. Proteins associated with ISWI ATPases not only increase the specific  activity  of  the  enzyme  but  reverse  the  directionality  of  the  sliding reaction so that nucleosomes are moved from the end of DNA fragments to a central  position.  This  indicates  that  the  geometry  of  the  native  complex  is important  for  the  specific  properties  of  the  catalytic  core  (Eberharter  et  al., 2001;  Langst  et  al.,  1999).  ISWI‐containing  complexes  also  modulate  the spacing of nucleosomal  arrays;  some of  them produce ordered  arrays while others produce disordered arrays (Ito et al., 1997; Tsukiyama and Wu, 1995).           

Page 36: Chromatin Remodelling by BRG1 and SNF2H190933/FULLTEXT01.pdf · Chromatin remodeling by BRG1 and SNF2H Biochemistry and Function 4 This thesis is based on the following papers: Paper

Chromatin remodeling by BRG1 and SNF2H Biochemistry and Function 

36

 

The biology of ISWI complexes Development In Drosophila, homozygous ISWI null mutants are not viable, but survive to the late  larval or early pupal  stage due  to a  large maternal contribution of  ISWI protein. The entire X chromosome in male larvae is severely distorted, directly linking chromatin remodeling by ISWI to chromatin structure in vivo (Deuring et  al.,  2000).  The  structural  effect  of  ISWI  deficiency  on  the  male  X chromosome depends on the acetylation state of H4, where H4K16 acetylation counteracts substrate binding and chromatin compaction by  ISWI  (Corona et al., 2002). It was shown, using tissue‐specific expression of dominant negative forms  of  the  ISWI  protein,  that  the  expression  of  the  en  and Ubx  genes  is severely  reduced without  ISWI  activity.  ISWI  does  not  strongly  co‐localize with RNApol II on polytene chromosomes, in contrast to these results, which is indicative of a role in repression rather than activation. It was suggested that ISWI was  involved  in both activation and  repression due  to  the presence of tissue‐specific ISWI complexes, or that the effect on En and Ubx transcription was indirect (Deuring et al., 2000).   Heterozygous SNF2H+/‐ mice develop normally and have a normal phenotype, while homozygous SNF2H‐/‐ embryos die during  the peri‐implantation stage. Neither  the  inner  cell  mass  nor  the  trophectoderm  are  viable  in  ex  vivo cultures,  and  antisense  depletion  of  SNF2H  drastically  inhibits  the differentiation  of  CD34+GlyA‐  hematopoetic  stem  cells  into  erythrocytes (Stopka  and  Skoultchi,  2003).  Both  of  the  mammalian  ISWI  proteins  are present  in  ES  cells  and  incorporated  into  chromatin  remodeling  complexes (Bozhenok et al., 2002). Nevertheless, the closely related SNF2L protein cannot compensate  for  the  loss of SNF2H, which  is  in stark contrast  to  the situation with BRG1 and BRM, where BRG1 is able to compensate for the loss of BRM. The mammalian ISWI proteins have distinctly different patterns of expression in mouse embryos. SNF2L is highly expressed in terminally differentiated cells in the brain, testis, ovaries and lymphocytes; while SNF2H is highly expressed in proliferating cells in the same organs. This correlation between SNF2H and proliferation  is  consistent  with  the  phenotype  seen  in  homozygous  null embryos (Lazzaro and Picketts, 2001).     

Page 37: Chromatin Remodelling by BRG1 and SNF2H190933/FULLTEXT01.pdf · Chromatin remodeling by BRG1 and SNF2H Biochemistry and Function 4 This thesis is based on the following papers: Paper

Introduction  37

 Transcription The role of ISWI proteins in transcription has been studied most extensively in yeast, which contains  the  ISWI1a,  ISWI1b and  ISWI2 complexes. The  ISWI1a and ISWI1b complexes have both shared and unique target genes as revealed by expression profiling, while ISWI2 regulates a separate set of genes (Vary et al., 2003). The Iswi2 complex represses early meiotic genes and is recruited by the sequence‐specific, DNA binding protein Ume6 (Goldmark et al., 2000). In vivo  analysis  of  promoter  structure  combined  with  expression  analysis revealed that both Iswi1 and Iswi2 mostly mediate repression of transcription, an observation consistent with  the  low degree of co‐localization of  ISWI and RNApol  II  on  Drosophila  polytene  chromosomes.  Iswi1  and  Iswi2  deletion strains have  an  altered  chromatin  structure  on  certain promoters  associated with an up‐regulation of transcription from these de‐repressed genes (Kent et al.,  2001).  Interestingly,  yIswi  proteins  take  part  not  only  in  initiation  of transcription  but  also  in  elongation  and  termination  (Mellor  and Morillon, 2004). The mammalian  NoRC  is  also  involved  in  the  repression  of  transcription, specifically  of  rRNA  genes.  Repression  occurs  at  a  step  preceding  PIC formation, and NoRC is unable to repress rRNA genes that are already active. NoRC facilitates the recruitment of HDACs and histone methylases, leading to HP1 binding and  the  formation of heterochromatin‐like  structures on  rDNA (Santoro  et  al.,  2002;  Strohner  et  al.,  2001;  Strohner  et  al.,  2004; Zhou  et  al., 2002).  In  contrast,  mammalian  NURF  plays  a  role  in  the  activation  of transcription.  Both  SNF2L  and  the mammalian Nurf301  homolog  BPTF  are associated  with  the  promoter  regions  of  the  human  En‐1  and  En‐2  genes, regulators  of  mid‐hindbrain  development.  RNAi  mediated  knock‐down  of SNF2L expression and BPTF expression  reduced  the  levels of En‐1 and En‐2 mRNA levels (Barak et al., 2003).   Replication Most studies of ISWI complexes in Drosophila and mammals have focused on their role in replication. In Drosophila embryos, loss of Acf1, a subunit of both ACF and CHRAC, decreases the density of nucleosome spacing and induces a faster  rate of  transition  through  the S‐phase.  It has been suggested  that ACF and/or CHRAC  represents  the major  nucleosome  spacing  activities  in  these embryos, and that these factors are therefore responsible for the formation of repressive chromatin structures. The replication machinery is therefore able to  

Page 38: Chromatin Remodelling by BRG1 and SNF2H190933/FULLTEXT01.pdf · Chromatin remodeling by BRG1 and SNF2H Biochemistry and Function 4 This thesis is based on the following papers: Paper

Chromatin remodeling by BRG1 and SNF2H Biochemistry and Function 

38

 replicate the genome more rapidly due to the general decrease in the amount of repressive chromatin following the loss of Acf1 (Fyodorov et al., 2004).  The  mammalian  ACF  and  CHRAC  have  also  been  linked  to  replication. However, in contrast to the situation in Drosophila embryos, RNAi depletion of Acf1 in mammalian cells leads to a delay in the replication of pericentromeric heterochromatin.  It  has  been  suggested  that without  the  assistance  of ACF and/or CHRAC,  the replication machinery requires a  longer  time  to replicate heterochromatin because  it has difficulties  in traversing and replicating these dense  structures  (Collins  et  al.,  2002).  The  apparent  disparity  between Drosophila  and  mammals  in  the  role  of  Acf1  in  replication  is  not  clearly understood,  but  it  has  been  suggested  that  this  disparity  is  related  to  the difference in species or that it is a result of the difference between somatic and embryonic  chromosomes.  Interestingly,  replication  and  histone  deposition onto DNA  in  cell‐free  systems  using Xenopus  egg  extracts  is  unaffected  by ISWI depletion,  but  the  overall  spacing  of nucleosomes  is greatly disturbed (MacCallum et al., 2002). Mammalian WICH has also been indirectly linked to replication,  since  it  accumulates  in  pericentromeric  heterochromatin  during replication (Bozhenok et al., 2002). 

Page 39: Chromatin Remodelling by BRG1 and SNF2H190933/FULLTEXT01.pdf · Chromatin remodeling by BRG1 and SNF2H Biochemistry and Function 4 This thesis is based on the following papers: Paper

39  Present Investigation 

 

PRESENT INVESTIGATION   

Paper I:  

Expression of BRG1, a human SWI/SNF component, affects the organization of actin filaments through the RhoA signaling pathway 

   Summary  

1. BRG1 expression induces a dramatic rearrangement in the organization of  the actin  filament system  in SW13 cells. Untreated cells have a very weak organization of  filamentous actin but  form  thick  stress  fiber  like structures in response to BRG1 (Paper I: Figure 1). 

 2. The  effect  is  absolutely dependent  on  a  functional ATPase domain  in 

BRG1  since  the  BRG1K298R  ATPase  deficient  mutant  protein  has  no detectable effect on actin filament organization (Paper I: Figure 1). 

 3. The reorganization is mediated through the RhoA signaling pathway at 

a point downstream of  the RhoA protein  itself  since no  change  in  the activation  status  of RhoA  is detected. This  suggests  that  one  or more components  in  this  signaling pathway  are  affected by BRG1‐SWI/SNF (Paper I: Figure 5 and 6). 

 4. The level of the RhoA downstream effector protein ROCK 1 is elevated 

in  response  to  BRG1.  Expression  of  both wt  and  constitutively  active forms  of  this  protein  in  SW13  cells  induce  a  reorganization  of  actin filaments  that  is  morphologically  highly  similar  to  that  induced  by BRG1 (Paper I: Figure 7 and 8). 

 5. The  increase  in ROCK  1  protein  levels  is  posttranscriptional  since  no 

change in mRNA levels is detected (data not shown).     

Page 40: Chromatin Remodelling by BRG1 and SNF2H190933/FULLTEXT01.pdf · Chromatin remodeling by BRG1 and SNF2H Biochemistry and Function 4 This thesis is based on the following papers: Paper

Chromatin remodeling by BRG1 and SNF2H Biochemistry and Function 

40

 Supplementary information  The  discovery  of  the  connection  between  BRG1  and  actin  filament organization was made during our  efforts  to  isolate  stable BRG1  expressing clones of SW13 cells.  It  is well established  that BRG1 expression  induces cell cycle  arrest,  flat  cell  formation,  senescence  and  cell  death  in  these  cells. Changes  in  cell morphology  are  intimately  connected  to  the microfilament system which made us investigate the organization of F‐actin in BRG1 positive SW13 cells.  Interestingly, we have discovered  that  filament  reorganization  is strongly  dependent  on  the  level  of  BRG1,  suggesting  a  dose‐response relationship. We used a strong expression vector  that rapidly caused  flat cell formation  and  cell  death,  in  agreement  with  published  data.  We  were, however, able to do some analyses before these clones senesced which lead to the discovery  of  the microfilament  system  reorganization. Expressing BRG1 from  a  slightly weaker  expression  vector  enabled us  to  isolate  viable  stable clones. These BRG1 positive SW13 cells are  larger than  the parental cells and display the same actin filament reorganization as the unstable clones obtained with the stronger expression vector, although the changes are not as dramatic. The cell cycle profile of the BRG1 positive clone revealed less cells in the G1‐ phase and in the M‐phase and an increase in the number of cells with a DNA‐content  larger  than 4N,  indicative of problems with  chromosome  separation (Figure 5: compare b and c). These cells have a longer generation time than the original  SW13  cells.  However,  we  have  not  detected  signs  of  senescence associated β‐gal activity which,  in combination with  the  fact  that only a  low level of BRG1 expression allowed  the  isolation of stable clones, suggests  that BRG1 mediated effects on both actin  filament organization and  the cell cycle are closely related to the level of BRG1 expression. Over time the clones slowly loose  their  BRG1  expression,  indicating  that  there  is  a  continuous  negative selective pressure against BRG1, and  the cell cycle profile becomes similar  to that  for SW13 cells (Figure 5f and compare c and d with b). In parallel with these  lower  BRG1  levels,  the  slightly  larger  size  of  the  clones  and  the reorganization of the actin filament system slowly revert back to a point where the cells become morphologically indistinguishable to the parental SW13 cells. The ATPase deficient BRG1 protein does not have a detectable effect on  the cell cycle profile of SW13 cells (Figure 5e).    

Page 41: Chromatin Remodelling by BRG1 and SNF2H190933/FULLTEXT01.pdf · Chromatin remodeling by BRG1 and SNF2H Biochemistry and Function 4 This thesis is based on the following papers: Paper

Present Investigation  41

 A                           HeLa     B      SW13 

          C  SW13BRG1 6p    D  SW13BRG1 57p 

                          E               SW13BRG1/K783R 53p                       F 

                     

Figure 5. Cell cycle profile of SW13, BRG1wt+ and BRG1K783R+ cells.          a‐e. Cells were stained with propidiumiodide and DNA Content     analyzed using a Becton Dickinson FACS. f. BRG1 expression in     FACS analyzed cells in b‐e. p6 and p57 refer to the number of      passages of the BRG1 positive clone. 

 Interestingly,  we  have  also  been  able  to  link  BRG1  and  microfilament organization  in  the  BRG1  deficient,  human  breast  cancer  cell  line  ALAB. However,  antisense  depletion  of  BRG1  expression  in HeLa  cells  causes  cell death, and dominant negative  interference using  the ATPase mutant  form of BRG1, does not  interfere with actin  filament organization  in HeLa cells or  in human 1523 fibroblasts. Considering the fact that there is an apparent cell type specific SWI/SNF regulation of genes (Hendricks et al., 2004), it is not unlikely that different cell types will vary in their response to BRG1. 

Page 42: Chromatin Remodelling by BRG1 and SNF2H190933/FULLTEXT01.pdf · Chromatin remodeling by BRG1 and SNF2H Biochemistry and Function 4 This thesis is based on the following papers: Paper

Chromatin remodeling by BRG1 and SNF2H Biochemistry and Function 

42

 The ATPase deficient BRG1 protein also has an effect on SW13 cells, although it  is subtle. Clones with a stable expression of BRG1K783R have an  increase  in the  number  of multi‐nucleated  cells  compared  to  the  parental  SW13  cells, something also seen in the BRG1wt expressing clone, and the cells are slightly larger.  These  clones  are  so  far  completely  stable  in  culture  and  show  no decrease in the expression of the mutant BRG1 protein. This indicates that the SWI/SNF  complex  as  a whole  has more  functions  in  transcription  than  just chromatin remodeling, maybe in mediating interactions between components in the transcription machinery. This ATPase independent effect has also been seen in the activation of the MMTV promoter (Trotter and Archer, 2004).  Our experiences  from  creating  the  stable BRG1 positive  clones  suggests  that there  is  a  threshold  above which  BRG1  expression  induces  rapid  cell  cycle arrest, flat cell formation, senescence and cell death but if BRG1 expression is kept  below  this  threshold,  the  cells  are  able  to  survive  and  develop  a characteristic phenotype.  It  is possible  that  the  effects  observed when  over‐expressing BRG1  in SW13 cells may not be physiologically relevant and  that high  levels  of  BRG1  protein  are  toxic  and  not  a  physiological  outcome  of SWI/SNF  activity.  This would  be  analogous  to  the  effects  seen when  over‐expressing Rb‐E2F proteins and may  explain why  it  is difficult  to get  stable BRG1  expressing  clones  of  cells  that  already  have  endogenous  BRG1 expression.  Consequently, care must be taken when interpreting the outcome of transient over‐expression of BRG1.                 

Page 43: Chromatin Remodelling by BRG1 and SNF2H190933/FULLTEXT01.pdf · Chromatin remodeling by BRG1 and SNF2H Biochemistry and Function 4 This thesis is based on the following papers: Paper

Present Investigation  43

 Paper II: 

 Variations in biochemical composition and chromatin 

association of mammalian SWI/SNF complexes   Summary  

1. The  composition  of  biochemically  purified  SWI/SNF  complexes  from mammalian  cells  differs  from  the  interactions  observed  in  immuno‐precipitations and from the patterns in chromatin binding of individual subunits.  The  biochemically  purified  complexes  show  differences  in remodeling activity on reconstituted mononucleosomes, suggesting that small differences in complex composition can have a significant impact on function (Paper II: Figure 1‐4). 

 2. Most of the Baf180 protein interacts strongly with Baf250 in an immuno‐

precipitation  but  have  both  separate  and  overlapping  binding  to chromatin.  Consequently,  the  PBAF  form  of  SWI/SNF  constitutes  a minor  fraction  of  the  total  SWI/SNF population  in HeLa  cells. This  is also reflected in the low amount of complex 5, the only purified complex that contains detectable amounts of Baf180 (Paper II: Figure 1 & 4). 

 3. The  Baf155  and  Baf170  proteins  have  been  regarded  as  constitutive 

subunits of SWI/SNF but show both overlapping and separate binding to  chromatin.  This  shows  that  the  plasticity  of  SWI/SNF  complex composition is larger than previously believed (Paper II: Figure 6). 

 4. We  do  not  detect  an  interaction  between  SWI/SNF  and  actin  using 

biochemical  methods  but  actin  is  found  associated  to  the  same chromatin locations as SWI/SNF components (Paper II: Figure 2,4 &6). 

 5. BRG1 interacts with the splicing factor Prp8, linking SWI/SNF to mRNA 

processing (Paper II: Figure 5).  

6. We  propose  a  model  where  the  biochemical  heterogeneity  among SWI/SNF  complexes  is partially  a  result of  function dependent on  the local chromatin environment to where the complexes are recruited. 

Page 44: Chromatin Remodelling by BRG1 and SNF2H190933/FULLTEXT01.pdf · Chromatin remodeling by BRG1 and SNF2H Biochemistry and Function 4 This thesis is based on the following papers: Paper

Chromatin remodeling by BRG1 and SNF2H Biochemistry and Function 

44

 Supplementary information  ChIP cloning: In order to investigate the full range of possible chromatin targets for WI/SNF complexes we designed a ChIP cloning procedure using the BRG1 protein as bait  and  HeLa  chromatin.  The  use  of  chromatin  immunoprecipitation  has become extensive in the last years and is usually combined with PCR detection of  precipitated DNA  or  slot‐blot  hybridization which  is  a way  of  avoiding unspecific signals. In a ChIP cloning procedure, however, all fragments will be picked up  in the cloning procedure, even unspecific DNA. To eliminate such sequences  we  performed  a  ChIP  from  SW13  cells  that  have  no  detectable expression of BRG1. To increase the efficiency of this approach, we scaled‐up this ChIP  ten  times  compared  to  the one performed  in HeLa  cells but. Note that this SW13 ChIP included αBRG1 antibodies.    

.

>500bp

< 500bp

Figure  6 Dot‐blot  detection  of  unspecific DNA  in  αBRG1 ChIP clones from HeLa cells Genomic DNA from SW13 cells and HeLa cells as positive controls. Negative control: pORSVI cloning vector DNA. Notice the weak but distinct signal from the negative control. 

 

Page 45: Chromatin Remodelling by BRG1 and SNF2H190933/FULLTEXT01.pdf · Chromatin remodeling by BRG1 and SNF2H Biochemistry and Function 4 This thesis is based on the following papers: Paper

Present Investigation  45

 The  cloned  fragments  from  the HeLa  ChIP were  dot‐blotted  onto  a  nylon membrane, and the fragments from the SW13 ChIP were labeled with p32 and used to probe the clones for unspecific DNA (Figure 6). We obtained 200 colonies from the HeLa ChIP but only 120 of these contained detectable inserts. These 120 clones were screened for unspecific sequences as seen  in  figure  6.  Using  the  signal  from  the  negative  vector  control  as background, we estimated that 75 clones remained as possible candidates. We have  so  far  sequenced  20  of  these  clones  and  8  of  them have been positive BRG1 targets in an analytical ChIP assay. Using this as an estimate, our screen will have generated approximately 30  true BRG1  targets out of 75  relatively likely candidates. This example clearly  illustrates  the potential  for unspecific results  in ChIP cloning and the need to verify their validity. The next step  in our  cloning will  be  to  elucidate  the  functional  aspects  of  these  sequences. Those that are located in proximal promoter regions will be relatively easy to investigate by analyzing mRNA  levels of these genes when expressing BRG1 in BRG1 negative cell lines such as SW13, ALAB or C33A. The same is true for those targets that are located deep within coding regions, especially since we have  identified a possible  function  for BRG1  in mRNA processing  (Paper  II: Figure 5). Those  that are  located  in  intergenic regions, however, will require more elaborate approaches  to determine  their  function,  for example as distal enhancer elements.  SWI/SNF and actin: The interaction between SWI/SNF and βactin or, more precisely, the proposed role  of  βactin  as  a  true  subunit  of  SWI/SNF  complexes  has  proven  to  be difficult  to verify.  In  some  cases  this  interaction  is  strong and unambiguous while in other, βactin is not detected at all. We therefore asked ourselves two questions: 1. Can we detect nuclear βactin? 2. Can we find any evidence that an interaction between βactin and BRG1 is even possible?   To  answer  the  first  question,  we  carefully  fractionated  HeLa  cells  and separated the nuclei from the cytoplasmic compartment. The nuclei were then extracted with increasing concentrations of salt, 0‐1M KCl. As markers for the degree of cytoplasmic contamination of the nuclei, we probed for the presence of tubulin and vinculin. As seen in figure 7a, β‐actin is located in the nuclear compartment  and  is  even more  strongly  associated with  nuclear  structures than BRG1 since it requires slightly more salt to be efficiently extracted.  

Page 46: Chromatin Remodelling by BRG1 and SNF2H190933/FULLTEXT01.pdf · Chromatin remodeling by BRG1 and SNF2H Biochemistry and Function 4 This thesis is based on the following papers: Paper

Chromatin remodeling by BRG1 and SNF2H Biochemistry and Function 

46

 As  judged  by  the  absence  of  tubulin  and  vinculin  in  the  nucleoplasmic fractions,  we  believe  that  the  nuclei  are  mostly  free  from  cytoplasmic contamination, and that the βactin signal is a sign of a true nuclear localization (Figure  7a).  In  figure  7b, we  have  stained HeLa  cells with  the  same  βactin antibody  as  in  a,  and  co‐stained  with  DAPI.  There  is  a  clear  nuclear localization  behind  the  strong  cytoplasmic  signal. The  fact  that  nucleoli  are visible  supports  the validity of  the  immunofluorescence  localization  (Figure 7b).   

  Figure 7. Nuclear localization of βActin in HeLa cells A.  Cellular  fractionation  of  HeLa  cells  where  nuclei  were extracted  with  increasing  KCl  concentrations.  B.  Immuno‐fluorescence images of HeLa cells stained with monoclonal anti‐ bodies against βActin and co‐stained with DAPI. 

  Even  though  a  pool  of  nuclear  actin was  detected  in HeLa  cells  it  did  not necessarily  mean  that  it  interacts  with  SWI/SNF. We  therefore  performed Superose  6 HR gelfiltration  analyses of  crude HeLa nuclear  extract  to  see  if there was any high Mr actin present in the same fractions as BRG1. 

Page 47: Chromatin Remodelling by BRG1 and SNF2H190933/FULLTEXT01.pdf · Chromatin remodeling by BRG1 and SNF2H Biochemistry and Function 4 This thesis is based on the following papers: Paper

Present Investigation  47

 

 Figure 8. Gelfiltration analysis on the effect of ATP on BRG1 and  βactin.  0.5 mg  crude HeLa nuclear  extract was  separated on a Superose 6 HR column using the same buffers as described in  Paper  II,  with  or  without  ATP.  Flow‐rate:  0.2  ml/min, Fraction  size:  0.6 ml.  100μl  of  each  fraction was  precipitated with TCA and  separated  in a 7% SDS‐PAGE. NE: 30μg  crude HeLa nuclear extract. 

  From the elution profiles in figure 8 (‐ATP) it is clear that no βactin is present in  high Mr weight  fractions  together with  BRG1  under  normal  conditions, which  is an  indication  that  there  is no  significant  interaction between BRG1 and βactin. However, actin and actin dynamics is influenced by ATP and the addition of 0.1 mM ATP during extract preparation and column run induced a change  in  βactin  elution  so  that  it was  detected  in  fractions  together with BRG1.  This  should  not  necessarily  be  interpreted  as  an  ATP‐induced stabilization  of  a  protein‐protein  interaction  between  βactin  and  BRG1.  It could mean that the ATP drives the βactin in the nuclear extract to polymerize which,  in  fact,  could  destroy  an  interaction with  BRG1  by  recruiting  those molecules away  from SWI/SNF and  into  filaments. Despite  this possibility,  I decided  to  include ATP  in  the purification  of  SWI/SNF,  because without  it, there was no high Mr actin and, therefore, no possibility of an  interaction. In addition, ATP does not have a significant effect on  the SWI/SNF complex as seen by the elution profiles of BRG1. The slightly wider peak of BRG1 from the column with ATP than from that without ATP is an effect of the fact that there is more material  loaded onto  the column  in  the ATP sample.   Together with the  fact  that  the BRG1 distribution varies slightly between experiments, with or without ATP, made me believe that ATP did not have any significant effect on the SWI/SNF complex itself. 

Page 48: Chromatin Remodelling by BRG1 and SNF2H190933/FULLTEXT01.pdf · Chromatin remodeling by BRG1 and SNF2H Biochemistry and Function 4 This thesis is based on the following papers: Paper

Chromatin remodeling by BRG1 and SNF2H Biochemistry and Function 

48

  

Paper III:   

WSTF‐SNF2h interacts with several nuclear proteins in a transcription dependent manner, to form a functional unit B‐WICH. 

  Summary  

1. The previously identified WSTF‐SNF2H complex, WICH, interacts with several nuclear proteins to form a novel unit designated B‐WICH with an estimated mass of 2‐3 MD (Paper III: Figure 1). 

 2. Components  of  B‐WICH  so  far  identified  are:  WSTF,  SNF2H,  the 

splicing  factor  SAP155,  the  RNA  helicase  RNAhelicase  II/Guα,  the transcription  factor  Myb‐binding  protein  1a,  the  transcription factor/DNA  repair  protein CSB  and  the RNA  processing  factor DEK (Paper III: Figure 2). 

 3. The  interactions  between  the  WSTF‐SNF2H  core  and  the  other 

components  are  mediated  by  RNA  and  are  sensitive  to  RNAse digestion (Paper III: Figure 3). 

 4. The  formation  of  the  B‐WICH  complex  is  dependent  on  active 

transcription  since  the RNApol  II  inhibitors  actinomycin D  and DRB prevent  the  formation  of  the  complex.  Interestingly,  the  smaller,  B‐WICH  like  complex  found  in  these  extracts  is  still  larger  than  the original WICH complex (Paper III: Figure 4). 

 5. We  suggest  that  the WSTF protein  functions as a platform capable of 

mediating the assembly of several large complexes in vivo involved in processes such as replication,  transcription and RNA processing. This is  another  example  of  the  growing  connection  found  between ATP‐dependent chromatin remodeling and RNA processing. 

   

Page 49: Chromatin Remodelling by BRG1 and SNF2H190933/FULLTEXT01.pdf · Chromatin remodeling by BRG1 and SNF2H Biochemistry and Function 4 This thesis is based on the following papers: Paper

Present Investigation  49

 Supplementary information Biochemical properties of the WSTF protein: The discovery of the interaction between WSTF and SNF2H was made based on  the  identification  of  the WSTF  protein  as  a member  of  the WAL/BAZ family. During the initial stages of our characterization of this interaction, the isolation of  the WICH complex was  reported, containing WSTF and SNF2H, and this complex was suggested to have a role in DNA replication. However, we had discovered  that  the majority of  the WSTF protein was not efficiently extracted from HeLa nuclei below 0.7 M KCl, and that these extracts contained two  forms of WSTF containing complexes.  In our efforts  to  find  the optimal biochemical conditions to purify these complexes, we had also discovered that passing  the extract over a Heparin column efficiently disrupted  the B‐WICH complex,  leaving  only  the  WICH  complex,  as  seen  in  Superose  6  HR gelfiltrations.  These  two  discoveries made  us  to  conclude  that  the  high Mr complex  seen  in  our  extracts  was  a  physiologically  relevant  find  and  this eventually led to the identification of the B‐WICH complex.  The cellular localization of the WSTF protein: We have also  investigated  the cellular  localization of  the WSTF protein. This was brought about by the difference in staining obtained by the commercial C‐terminal αWSTF antibody used by us and the N‐terminal antibody developed by  Varga‐Weisz  and  co‐workers.  Interestingly, we  saw  a  clear  variation  in staining between NIH3T3 cells, used in the identification of WICH, and HeLa cells. As shown in figure 9, the WSTF protein in human cells, A‐D, is localized to  the  nucleus  in  a  granular  pattern  that  is  evenly  spread  throughout  the nucleoplasm.  Mouse,  rat  and  porcine  cells  (Figure  9  E‐H)  have  a  similar localization but, in addition, WSTF is found in a rim‐like structure around the entire nucleus. This could indicate that a portion of the total WSTF population in  these  cells  is  associated  with  the  nuclear  membrane,  either  directly  or indirectly.  It  is possible  that  the WSTF protein  in humans and other  species have  slightly  different  properties  and  differs  in  regulation  and/or  function. This suggests that care must be taken when interpreting data about WSTF and when applying them to other species.     

Page 50: Chromatin Remodelling by BRG1 and SNF2H190933/FULLTEXT01.pdf · Chromatin remodeling by BRG1 and SNF2H Biochemistry and Function 4 This thesis is based on the following papers: Paper

Chromatin remodeling by BRG1 and SNF2H Biochemistry and Function 

50

  

  

Figure  9.  Immunofluorescence  localization  of  the  WSTF protein. A‐D human cells, E and F mouse cells, G rat cells and H porcine cells.    

Page 51: Chromatin Remodelling by BRG1 and SNF2H190933/FULLTEXT01.pdf · Chromatin remodeling by BRG1 and SNF2H Biochemistry and Function 4 This thesis is based on the following papers: Paper

Present Investigation  51

 

REFERENCES  Aasland, R., Stewart, A.F. and Gibson, T. (1996) The SANT domain: a putative DNA-binding domain in the

SWI-SNF and ADA complexes, the transcriptional co-repressor N-CoR and TFIIIB. Trends Biochem Sci, 21, 87-88.

Abrams, E., Neigeborn, L. and Carlson, M. (1986) Molecular analysis of SNF2 and SNF5, genes required for expression of glucose-repressible genes in Saccharomyces cerevisiae. Mol Cell Biol, 6, 3643-3651.

Ae, K., Kobayashi, N., Sakuma, R., Ogata, T., Kuroda, H., Kawaguchi, N., Shinomiya, K. and Kitamura, Y. (2002) Chromatin remodeling factor encoded by ini1 induces G1 arrest and apoptosis in ini1-deficient cells. Oncogene, 21, 3112-3120.

Agalioti, T., Lomvardas, S., Parekh, B., Yie, J., Maniatis, T. and Thanos, D. (2000) Ordered recruitment of chromatin modifying and general transcription factors to the IFN-beta promoter. Cell, 103, 667-678.

Ahmad, K. and Henikoff, S. (2002) Histone H3 variants specify modes of chromatin assembly. Proc Natl Acad Sci U S A, 99 Suppl 4, 16477-16484.

Aihara, T., Miyoshi, Y., Koyama, K., Suzuki, M., Takahashi, E., Monden, M. and Nakamura, Y. (1998) Cloning and mapping of SMARCA5 encoding hSNF2H, a novel human homologue of Drosophila ISWI. Cytogenet Cell Genet, 81, 191-193.

Akey, C.W. and Luger, K. (2003) Histone chaperones and nucleosome assembly. Curr Opin Struct Biol, 13, 6-14.

Angus-Hill, M.L., Schlichter, A., Roberts, D., Erdjument-Bromage, H., Tempst, P. and Cairns, B.R. (2001) A Rsc3/Rsc30 zinc cluster dimer reveals novel roles for the chromatin remodeler RSC in gene expression and cell cycle control. Mol Cell, 7, 741-751.

Armstrong, J.A., Bieker, J.J. and Emerson, B.M. (1998) A SWI/SNF-related chromatin remodeling complex, E-RC1, is required for tissue-specific transcriptional regulation by EKLF in vitro. Cell, 95, 93-104.

Bach, I. and Ostendorff, H.P. (2003) Orchestrating nuclear functions: ubiquitin sets the rhythm. Trends Biochem Sci, 28, 189-195.

Baneres, J.L., Martin, A. and Parello, J. (1997) The N tails of histones H3 and H4 adopt a highly structured conformation in the nucleosome. J Mol Biol, 273, 503-508.

Barak, O., Lazzaro, M.A., Lane, W.S., Speicher, D.W., Picketts, D.J. and Shiekhattar, R. (2003) Isolation of human NURF: a regulator of Engrailed gene expression. Embo J, 22, 6089-6100.

Belandia, B., Orford, R.L., Hurst, H.C. and Parker, M.G. (2002) Targeting of SWI/SNF chromatin remodelling complexes to estrogen-responsive genes. Embo J, 21, 4094-4103.

Belikov, S., Gelius, B., Almouzni, G. and Wrange, O. (2000) Hormone activation induces nucleosome positioning in vivo. Embo J, 19, 1023-1033.

Betz, B.L., Strobeck, M.W., Reisman, D.N., Knudsen, E.S. and Weissman, B.E. (2002) Re-expression of hSNF5/INI1/BAF47 in pediatric tumor cells leads to G1 arrest associated with induction of p16ink4a and activation of RB. Oncogene, 21, 5193-5203.

Biegel, J.A., Zhou, J.Y., Rorke, L.B., Stenstrom, C., Wainwright, L.M. and Fogelgren, B. (1999) Germ-line and acquired mutations of INI1 in atypical teratoid and rhabdoid tumors. Cancer Res, 59, 74-79.

Bochar, D.A., Savard, J., Wang, W., Lafleur, D.W., Moore, P., Cote, J. and Shiekhattar, R. (2000a) A family of chromatin remodeling factors related to Williams syndrome transcription factor. Proc Natl Acad Sci U S A, 97, 1038-1043.

Bochar, D.A., Wang, L., Beniya, H., Kinev, A., Xue, Y., Lane, W.S., Wang, W., Kashanchi, F. and Shiekhattar, R. (2000b) BRCA1 is associated with a human SWI/SNF-related complex: linking chromatin remodeling to breast cancer. Cell, 102, 257-265.

Bourachot, B., Yaniv, M. and Muchardt, C. (1999) The activity of mammalian brm/SNF2alpha is dependent on a high-mobility- group protein I/Y-like DNA binding domain. Mol Cell Biol, 19, 3931-3939.

Boyer, L.A., Langer, M.R., Crowley, K.A., Tan, S., Denu, J.M. and Peterson, C.L. (2002) Essential role for the SANT domain in the functioning of multiple chromatin remodeling enzymes. Mol Cell, 10, 935-942.

Boyer, L.A., Latek, R.R. and Peterson, C.L. (2004) The SANT domain: a unique histone-tail-binding module? Nat Rev Mol Cell Biol, 5, 158-163.

Boyer, L.A., Logie, C., Bonte, E., Becker, P.B., Wade, P.A., Wolffe, A.P., Wu, C., Imbalzano, A.N. and Peterson, C.L. (2000) Functional delineation of three groups of the ATP-dependent family of chromatin remodeling enzymes. J Biol Chem, 275, 18864-18870.

Bozhenok, L., Wade, P.A. and Varga-Weisz, P. (2002) WSTF-ISWI chromatin remodeling complex targets heterochromatic replication foci. Embo J, 21, 2231-2241.

Page 52: Chromatin Remodelling by BRG1 and SNF2H190933/FULLTEXT01.pdf · Chromatin remodeling by BRG1 and SNF2H Biochemistry and Function 4 This thesis is based on the following papers: Paper

Chromatin remodeling by BRG1 and SNF2H Biochemistry and Function 

52

Bultman, S., Gebuhr, T., Yee, D., La Mantia, C., Nicholson, J., Gilliam, A., Randazzo, F., Metzger, D.,

Chambon, P., Crabtree, G. and Magnuson, T. (2000) A Brg1 null mutation in the mouse reveals functional differences among mammalian SWI/SNF complexes. Mol Cell, 6, 1287-1295.

Cairns, B.R., Kim, Y.J., Sayre, M.H., Laurent, B.C. and Kornberg, R.D. (1994) A multisubunit complex containing the SWI1/ADR6, SWI2/SNF2, SWI3, SNF5, and SNF6 gene products isolated from yeast. Proc Natl Acad Sci U S A, 91, 1950-1954.

Cairns, B.R., Lorch, Y., Li, Y., Zhang, M., Lacomis, L., Erdjument-Bromage, H., Tempst, P., Du, J., Laurent, B. and Kornberg, R.D. (1996) RSC, an essential, abundant chromatin-remodeling complex. Cell, 87, 1249-1260.

Carrozza, M.J., Utley, R.T., Workman, J.L. and Cote, J. (2003) The diverse functions of histone acetyltransferase complexes. Trends Genet, 19, 321-329.

Carruthers, L.M. and Hansen, J.C. (2000) The core histone N termini function independently of linker histones during chromatin condensation. J Biol Chem, 275, 37285-37290.

Cheng, S.W., Davies, K.P., Yung, E., Beltran, R.J., Yu, J. and Kalpana, G.V. (1999) c-MYC interacts with INI1/hSNF5 and requires the SWI/SNF complex for transactivation function. Nat Genet, 22, 102-105.

Chiba, H., Muramatsu, M., Nomoto, A. and Kato, H. (1994) Two human homologues of Saccharomyces cerevisiae SWI2/SNF2 and Drosophila brahma are transcriptional coactivators cooperating with the estrogen receptor and the retinoic acid receptor. Nucleic Acids Res, 22, 1815-1820.

Clapier, C.R., Langst, G., Corona, D.F., Becker, P.B. and Nightingale, K.P. (2001) Critical role for the histone H4 N terminus in nucleosome remodeling by ISWI. Mol Cell Biol, 21, 875-883.

Clapier, C.R., Nightingale, K.P. and Becker, P.B. (2002) A critical epitope for substrate recognition by the nucleosome remodeling ATPase ISWI. Nucleic Acids Res, 30, 649-655.

Collins, N., Poot, R.A., Kukimoto, I., Garcia-Jimenez, C., Dellaire, G. and Varga-Weisz, P.D. (2002) An ACF1-ISWI chromatin-remodeling complex is required for DNA replication through heterochromatin. Nat Genet, 32, 627-632.

Corona, D.F., Clapier, C.R., Becker, P.B. and Tamkun, J.W. (2002) Modulation of ISWI function by site-specific histone acetylation. EMBO Rep, 3, 242-247.

Corona, D.F., Langst, G., Clapier, C.R., Bonte, E.J., Ferrari, S., Tamkun, J.W. and Becker, P.B. (1999) ISWI is an ATP-dependent nucleosome remodeling factor. Mol Cell, 3, 239-245.

Cote, J., Quinn, J., Workman, J.L. and Peterson, C.L. (1994) Stimulation of GAL4 derivative binding to nucleosomal DNA by the yeast SWI/SNF complex. Science, 265, 53-60.

Dauvillier, S., Ott, M.O., Renard, J.P. and Legouy, E. (2001) BRM (SNF2alpha) expression is concomitant to the onset of vasculogenesis in early mouse postimplantation development. Mech Dev, 101, 221-225.

Davey, C.A., Sargent, D.F., Luger, K., Maeder, A.W. and Richmond, T.J. (2002) Solvent mediated interactions in the structure of the nucleosome core particle at 1.9 a resolution. J Mol Biol, 319, 1097-1113.

de la Serna, I.L., Carlson, K.A. and Imbalzano, A.N. (2001a) Mammalian SWI/SNF complexes promote MyoD-mediated muscle differentiation. Nat Genet, 27, 187-190.

de la Serna, I.L., Roy, K., Carlson, K.A. and Imbalzano, A.N. (2001b) MyoD can induce cell cycle arrest but not muscle differentiation in the presence of dominant negative SWI/SNF chromatin remodeling enzymes. J Biol Chem, 276, 41486-41491.

Debril, M.B., Gelman, L., Fayard, E., Annicotte, J.S., Rocchi, S. and Auwerx, J. (2004) Transcription factors and nuclear receptors interact with the SWI/SNF complex through the BAF60c subunit. J Biol Chem, 279, 16677-16686.

Decristofaro, M.F., Betz, B.L., Rorie, C.J., Reisman, D.N., Wang, W. and Weissman, B.E. (2001) Characterization of SWI/SNF protein expression in human breast cancer cell lines and other malignancies. J Cell Physiol, 186, 136-145.

DeCristofaro, M.F., Betz, B.L., Wang, W. and Weissman, B.E. (1999) Alteration of hSNF5/INI1/BAF47 detected in rhabdoid cell lines and primary rhabdomyosarcomas but not Wilms' tumors. Oncogene, 18, 7559-7565.

Deuring, R., Fanti, L., Armstrong, J.A., Sarte, M., Papoulas, O., Prestel, M., Daubresse, G., Verardo, M., Moseley, S.L., Berloco, M., Tsukiyama, T., Wu, C., Pimpinelli, S. and Tamkun, J.W. (2000) The ISWI chromatin-remodeling protein is required for gene expression and the maintenance of higher order chromatin structure in vivo. Mol Cell, 5, 355-365.

Dhalluin, C., Carlson, J.E., Zeng, L., He, C., Aggarwal, A.K. and Zhou, M.M. (1999) Structure and ligand of a histone acetyltransferase bromodomain. Nature, 399, 491-496.

DiRenzo, J., Shang, Y., Phelan, M., Sif, S., Myers, M., Kingston, R. and Brown, M. (2000) BRG-1 is recruited to estrogen-responsive promoters and cooperates with factors involved in histone acetylation. Mol Cell Biol, 20, 7541-7549.

Page 53: Chromatin Remodelling by BRG1 and SNF2H190933/FULLTEXT01.pdf · Chromatin remodeling by BRG1 and SNF2H Biochemistry and Function 4 This thesis is based on the following papers: Paper

Present Investigation  53

Doan, D.N., Veal, T.M., Yan, Z., Wang, W., Jones, S.N. and Imbalzano, A.N. (2004) Loss of the INI1 tumor

suppressor does not impair the expression of multiple BRG1-dependent genes or the assembly of SWI/SNF enzymes. Oncogene, 23, 3462-3473.

Dou, Y. and Gorovsky, M.A. (2000) Phosphorylation of linker histone H1 regulates gene expression in vivo by creating a charge patch. Mol Cell, 6, 225-231.

Dunaief, J.L., Strober, B.E., Guha, S., Khavari, P.A., Alin, K., Luban, J., Begemann, M., Crabtree, G.R. and Goff, S.P. (1994) The retinoblastoma protein and BRG1 form a complex and cooperate to induce cell cycle arrest. Cell, 79, 119-130.

Dundr, M. and Misteli, T. (2001) Functional architecture in the cell nucleus. Biochem J, 356, 297-310. Eberharter, A., Ferrari, S., Langst, G., Straub, T., Imhof, A., Varga-Weisz, P., Wilm, M. and Becker, P.B. (2001)

Acf1, the largest subunit of CHRAC, regulates ISWI-induced nucleosome remodelling. Embo J, 20, 3781-3788.

Egel, R., Beach, D.H. and Klar, A.J. (1984) Genes required for initiation and resolution steps of mating-type switching in fission yeast. Proc Natl Acad Sci U S A, 81, 3481-3485.

Elfring, L.K., Deuring, R., McCallum, C.M., Peterson, C.L. and Tamkun, J.W. (1994) Identification and characterization of Drosophila relatives of the yeast transcriptional activator SNF2/SWI2. Mol Cell Biol, 14, 2225-2234.

Fryer, C.J. and Archer, T.K. (1998) Chromatin remodelling by the glucocorticoid receptor requires the BRG1 complex. Nature, 393, 88-91.

Fyodorov, D.V., Blower, M.D., Karpen, G.H. and Kadonaga, J.T. (2004) Acf1 confers unique activities to ACF/CHRAC and promotes the formation rather than disruption of chromatin in vivo. Genes Dev, 18, 170-183.

Gelbart, M.E., Rechsteiner, T., Richmond, T.J. and Tsukiyama, T. (2001) Interactions of Isw2 chromatin remodeling complex with nucleosomal arrays: analyses using recombinant yeast histones and immobilized templates. Mol Cell Biol, 21, 2098-2106.

Goldmark, J.P., Fazzio, T.G., Estep, P.W., Church, G.M. and Tsukiyama, T. (2000) The Isw2 chromatin remodeling complex represses early meiotic genes upon recruitment by Ume6p. Cell, 103, 423-433.

Goodwin, G.H. and Nicolas, R.H. (2001) The BAH domain, polybromo and the RSC chromatin remodelling complex. Gene, 268, 1-7.

Gregory, P.D., Wagner, K. and Horz, W. (2001) Histone acetylation and chromatin remodeling. Exp Cell Res, 265, 195-202.

Grune, T., Brzeski, J., Eberharter, A., Clapier, C.R., Corona, D.F., Becker, P.B. and Muller, C.W. (2003) Crystal structure and functional analysis of a nucleosome recognition module of the remodeling factor ISWI. Mol Cell, 12, 449-460.

Guyon, J.R., Narlikar, G.J., Sif, S. and Kingston, R.E. (1999) Stable remodeling of tailless nucleosomes by the human SWI-SNF complex. Mol Cell Biol, 19, 2088-2097.

Hakimi, M.A., Bochar, D.A., Schmiesing, J.A., Dong, Y., Barak, O.G., Speicher, D.W., Yokomori, K. and Shiekhattar, R. (2002) A chromatin remodelling complex that loads cohesin onto human chromosomes. Nature, 418, 994-998.

Harp, J.M., Hanson, B.L., Timm, D.E. and Bunick, G.J. (2000) Asymmetries in the nucleosome core particle at 2.5 A resolution. Acta Crystallogr D Biol Crystallogr, 56 Pt 12, 1513-1534.

Havas, K., Flaus, A., Phelan, M., Kingston, R., Wade, P.A., Lilley, D.M. and Owen-Hughes, T. (2000) Generation of superhelical torsion by ATP-dependent chromatin remodeling activities. Cell, 103, 1133-1142.

Havas, K., Whitehouse, I. and Owen-Hughes, T. (2001) ATP-dependent chromatin remodeling activities. Cell Mol Life Sci, 58, 673-682.

Hayes, J.J. and Wolffe, A.P. (1992) The interaction of transcription factors with nucleosomal DNA. Bioessays, 14, 597-603.

Hendricks, K.B., Shanahan, F. and Lees, E. (2004) Role for BRG1 in cell cycle control and tumor suppression. Mol Cell Biol, 24, 362-376.

Henikoff, S. (2000) Heterochromatin function in complex genomes. Biochim Biophys Acta, 1470, O1-8. Hirschhorn, J.N., Brown, S.A., Clark, C.D. and Winston, F. (1992) Evidence that SNF2/SWI2 and SNF5 activate

transcription in yeast by altering chromatin structure. Genes Dev, 6, 2288-2298. Holstege, F.C., Jennings, E.G., Wyrick, J.J., Lee, T.I., Hengartner, C.J., Green, M.R., Golub, T.R., Lander, E.S.

and Young, R.A. (1998) Dissecting the regulatory circuitry of a eukaryotic genome. Cell, 95, 717-728. Hsiao, P.W., Fryer, C.J., Trotter, K.W., Wang, W. and Archer, T.K. (2003) BAF60a mediates critical

interactions between nuclear receptors and the BRG1 chromatin-remodeling complex for transactivation. Mol Cell Biol, 23, 6210-6220.

Page 54: Chromatin Remodelling by BRG1 and SNF2H190933/FULLTEXT01.pdf · Chromatin remodeling by BRG1 and SNF2H Biochemistry and Function 4 This thesis is based on the following papers: Paper

Chromatin remodeling by BRG1 and SNF2H Biochemistry and Function 

54

Ichinose, H., Garnier, J.M., Chambon, P. and Losson, R. (1997) Ligand-dependent interaction between the

estrogen receptor and the human homologues of SWI2/SNF2. Gene, 188, 95-100. Iizuka, M. and Smith, M.M. (2003) Functional consequences of histone modifications. Curr Opin Genet Dev,

13, 154-160. Inoue, H., Furukawa, T., Giannakopoulos, S., Zhou, S., King, D.S. and Tanese, N. (2002) Largest subunits of the

human SWI/SNF chromatin-remodeling complex promote transcriptional activation by steroid hormone receptors. J Biol Chem, 277, 41674-41685.

Ito, T., Bulger, M., Pazin, M.J., Kobayashi, R. and Kadonaga, J.T. (1997) ACF, an ISWI-containing and ATP-utilizing chromatin assembly and remodeling factor. Cell, 90, 145-155.

Ito, T., Levenstein, M.E., Fyodorov, D.V., Kutach, A.K., Kobayashi, R. and Kadonaga, J.T. (1999) ACF consists of two subunits, Acf1 and ISWI, that function cooperatively in the ATP-dependent catalysis of chromatin assembly. Genes Dev, 13, 1529-1539.

Ito, T., Yamauchi, M., Nishina, M., Yamamichi, N., Mizutani, T., Ui, M., Murakami, M. and Iba, H. (2001) Identification of SWI.SNF complex subunit BAF60a as a determinant of the transactivation potential of Fos/Jun dimers. J Biol Chem, 276, 2852-2857.

Jacobson, R.H., Ladurner, A.G., King, D.S. and Tjian, R. (2000) Structure and function of a human TAFII250 double bromodomain module. Science, 288, 1422-1425.

Jaskelioff, M., Gavin, I.M., Peterson, C.L. and Logie, C. (2000) SWI-SNF-mediated nucleosome remodeling: role of histone octamer mobility in the persistence of the remodeled state. Mol Cell Biol, 20, 3058-3068.

Jenuwein, T. and Allis, C.D. (2001) Translating the histone code. Science, 293, 1074-1080. Jeon, S.H., Kang, M.G., Kim, Y.H., Jin, Y.H., Lee, C., Chung, H.Y., Kwon, H., Park, S.D. and Seong, R.H.

(1997) A new mouse gene, SRG3, related to the SWI3 of Saccharomyces cerevisiae, is required for apoptosis induced by glucocorticoids in a thymoma cell line. J Exp Med, 185, 1827-1836.

Jones, M.H., Hamana, N., Nezu, J. and Shimane, M. (2000) A novel family of bromodomain genes. Genomics, 63, 40-45.

Kadam, S. and Emerson, B.M. (2003) Transcriptional specificity of human SWI/SNF BRG1 and BRM chromatin remodeling complexes. Mol Cell, 11, 377-389.

Kent, N.A., Karabetsou, N., Politis, P.K. and Mellor, J. (2001) In vivo chromatin remodeling by yeast ISWI homologs Isw1p and Isw2p. Genes Dev, 15, 619-626.

Khavari, P.A., Peterson, C.L., Tamkun, J.W., Mendel, D.B. and Crabtree, G.R. (1993) BRG1 contains a conserved domain of the SWI2/SNF2 family necessary for normal mitotic growth and transcription. Nature, 366, 170-174.

Kim, J., Sif, S., Jones, B., Jackson, A., Koipally, J., Heller, E., Winandy, S., Viel, A., Sawyer, A., Ikeda, T., Kingston, R. and Georgopoulos, K. (1999) Ikaros DNA-binding proteins direct formation of chromatin remodeling complexes in lymphocytes. Immunity, 10, 345-355.

Kitagawa, H., Fujiki, R., Yoshimura, K., Mezaki, Y., Uematsu, Y., Matsui, D., Ogawa, S., Unno, K., Okubo, M., Tokita, A., Nakagawa, T., Ito, T., Ishimi, Y., Nagasawa, H., Matsumoto, T., Yanagisawa, J. and Kato, S. (2003) The chromatin-remodeling complex WINAC targets a nuclear receptor to promoters and is impaired in Williams syndrome. Cell, 113, 905-917.

Klochendler-Yeivin, A., Fiette, L., Barra, J., Muchardt, C., Babinet, C. and Yaniv, M. (2000) The murine SNF5/INI1 chromatin remodeling factor is essential for embryonic development and tumor suppression. EMBO Rep, 1, 500-506.

Koszewski, N.J., Henry, K.W., Lubert, E.J., Gravatte, H. and Noonan, D.J. (2003) Use of a modified yeast one-hybrid screen to identify BAF60a interactions with the Vitamin D receptor heterodimer. J Steroid Biochem Mol Biol, 87, 223-231.

Krebs, J.E., Fry, C.J., Samuels, M.L. and Peterson, C.L. (2000) Global role for chromatin remodeling enzymes in mitotic gene expression. Cell, 102, 587-598.

Krude, T. and Keller, C. (2001) Chromatin assembly during S phase: contributions from histone deposition, DNA replication and the cell division cycle. Cell Mol Life Sci, 58, 665-672.

Kwon, H., Imbalzano, A.N., Khavari, P.A., Kingston, R.E. and Green, M.R. (1994) Nucleosome disruption and enhancement of activator binding by a human SW1/SNF complex. Nature, 370, 477-481.

Lamond, A.I. and Earnshaw, W.C. (1998) Structure and function in the nucleus. Science, 280, 547-553. Langst, G. and Becker, P.B. (2001) ISWI induces nucleosome sliding on nicked DNA. Mol Cell, 8, 1085-1092. Langst, G. and Becker, P.B. (2004) Nucleosome remodeling: one mechanism, many phenomena? Biochim

Biophys Acta, 1677, 58-63. Langst, G., Bonte, E.J., Corona, D.F. and Becker, P.B. (1999) Nucleosome movement by CHRAC and ISWI

without disruption or trans- displacement of the histone octamer. Cell, 97, 843-852. Laurent, B.C., Yang, X. and Carlson, M. (1992) An essential Saccharomyces cerevisiae gene homologous to

SNF2 encodes a helicase-related protein in a new family. Mol Cell Biol, 12, 1893-1902.

Page 55: Chromatin Remodelling by BRG1 and SNF2H190933/FULLTEXT01.pdf · Chromatin remodeling by BRG1 and SNF2H Biochemistry and Function 4 This thesis is based on the following papers: Paper

Present Investigation  55

Lazzaro, M.A. and Picketts, D.J. (2001) Cloning and characterization of the murine Imitation Switch (ISWI)

genes: differential expression patterns suggest distinct developmental roles for Snf2h and Snf2l. J Neurochem, 77, 1145-1156.

LeGouy, E., Thompson, E.M., Muchardt, C. and Renard, J.P. (1998) Differential preimplantation regulation of two mouse homologues of the yeast SWI2 protein. Dev Dyn, 212, 38-48.

Leibovitz, A., McCombs, W.r., Johnston, D., McCoy, C. and Stinson, J. (1973) New human cancer cell culture lines. I. SW-13, small-cell carcinoma of the adrenal cortex. J. Natl. Cancer Inst, 51, 691-697.

Lemon, B., Inouye, C., King, D.S. and Tjian, R. (2001) Selectivity of chromatin-remodelling cofactors for ligand-activated transcription. Nature, 414, 924-928.

LeRoy, G., Loyola, A., Lane, W.S. and Reinberg, D. (2000) Purification and characterization of a human factor that assembles and remodels chromatin. J Biol Chem, 275, 14787-14790.

LeRoy, G., Orphanides, G., Lane, W.S. and Reinberg, D. (1998) Requirement of RSF and FACT for transcription of chromatin templates in vitro. Science, 282, 1900-1904.

Li, Q., Wrange, O. and Eriksson, P. (1997) The role of chromatin in transcriptional regulation. Int J Biochem Cell Biol, 29, 731-742.

Liu, R., Liu, H., Chen, X., Kirby, M., Brown, P.O. and Zhao, K. (2001) Regulation of CSF1 promoter by the SWI/SNF-like BAF complex. Cell, 106, 309-318.

Lowary, P.T. and Widom, J. (1997) Nucleosome packaging and nucleosome positioning of genomic DNA. Proc Natl Acad Sci U S A, 94, 1183-1188.

Loyola, A., Huang, J.Y., LeRoy, G., Hu, S., Wang, Y.H., Donnelly, R.J., Lane, W.S., Lee, S.C. and Reinberg, D. (2003) Functional analysis of the subunits of the chromatin assembly factor RSF. Mol Cell Biol, 23, 6759-6768.

Loyola, A., LeRoy, G., Wang, Y.H. and Reinberg, D. (2001) Reconstitution of recombinant chromatin establishes a requirement for histone-tail modifications during chromatin assembly and transcription. Genes Dev, 15, 2837-2851.

Luger, K., Mader, A.W., Richmond, R.K., Sargent, D.F. and Richmond, T.J. (1997) Crystal structure of the nucleosome core particle at 2.8 A resolution. Nature, 389, 251-260.

Lusser, A. and Kadonaga, J.T. (2003) Chromatin remodeling by ATP-dependent molecular machines. Bioessays, 25, 1192-1200.

MacCallum, D.E., Losada, A., Kobayashi, R. and Hirano, T. (2002) ISWI remodeling complexes in Xenopus egg extracts: identification as major chromosomal components that are regulated by INCENP-aurora B. Mol Biol Cell, 13, 25-39.

Machida, Y., Murai, K., Miyake, K. and Iijima, S. (2001) Expression of chromatin remodeling factors during neural differentiation. J Biochem (Tokyo), 129, 43-49.

Marmorstein, R. and Berger, S.L. (2001) Structure and function of bromodomains in chromatin-regulating complexes. Gene, 272, 1-9.

Marshall, T.W., Link, K.A., Petre-Draviam, C.E. and Knudsen, K.E. (2003) Differential requirement of SWI/SNF for androgen receptor activity. J Biol Chem, 278, 30605-30613.

McNairn, A.J. and Gilbert, D.M. (2003) Epigenomic replication: linking epigenetics to DNA replication. Bioessays, 25, 647-656.

Mello, J.A. and Almouzni, G. (2001) The ins and outs of nucleosome assembly. Curr Opin Genet Dev, 11, 136-141.

Mellor, J. and Morillon, A. (2004) ISWI complexes in Saccharomyces cerevisiae. Biochim Biophys Acta, 1677, 100-112.

Misteli, T. (2001) Protein dynamics: implications for nuclear architecture and gene expression. Science, 291, 843-847.

Moazed, D. (2001) Common themes in mechanisms of gene silencing. Mol Cell, 8, 489-498. Muchardt, C., Reyes, J.C., Bourachot, B., Leguoy, E. and Yaniv, M. (1996) The hbrm and BRG-1 proteins,

components of the human SNF/SWI complex, are phosphorylated and excluded from the condensed chromosomes during mitosis. Embo J, 15, 3394-3402.

Muchardt, C. and Yaniv, M. (1993) A human homologue of Saccharomyces cerevisiae SNF2/SWI2 and Drosophila brm genes potentiates transcriptional activation by the glucocorticoid receptor. Embo J, 12, 4279-4290.

Murphy, D.J., Hardy, S. and Engel, D.A. (1999) Human SWI-SNF component BRG1 represses transcription of the c-fos gene. Mol Cell Biol, 19, 2724-2733.

Narlikar, G.J., Phelan, M.L. and Kingston, R.E. (2001) Generation and interconversion of multiple distinct nucleosomal states as a mechanism for catalyzing chromatin fluidity. Mol Cell, 8, 1219-1230.

Neigeborn, L. and Carlson, M. (1984) Genes affecting the regulation of SUC2 gene expression by glucose repression in Saccharomyces cerevisiae. Genetics, 108, 845-858.

Page 56: Chromatin Remodelling by BRG1 and SNF2H190933/FULLTEXT01.pdf · Chromatin remodeling by BRG1 and SNF2H Biochemistry and Function 4 This thesis is based on the following papers: Paper

Chromatin remodeling by BRG1 and SNF2H Biochemistry and Function 

56

Nicolas, R.H. and Goodwin, G.H. (1996) Molecular cloning of polybromo, a nuclear protein containing multiple

domains including five bromodomains, a truncated HMG-box, and two repeats of a novel domain. Gene, 175, 233-240.

Nie, Z., Yan, Z., Chen, E.H., Sechi, S., Ling, C., Zhou, S., Xue, Y., Yang, D., Murray, D., Kanakubo, E., Cleary, M.L. and Wang, W. (2003) Novel SWI/SNF chromatin-remodeling complexes contain a mixed-lineage leukemia chromosomal translocation partner. Mol Cell Biol, 23, 2942-2952.

Okabe, I., Bailey, L.C., Attree, O., Srinivasan, S., Perkel, J.M., Laurent, B.C., Carlson, M., Nelson, D.L. and Nussbaum, R.L. (1992) Cloning of human and bovine homologs of SNF2/SWI2: a global activator of transcription in yeast S. cerevisiae. Nucleic Acids Res, 20, 4649-4655.

Olave, I., Wang, W., Xue, Y., Kuo, A. and Crabtree, G.R. (2002) Identification of a polymorphic, neuron-specific chromatin remodeling complex. Genes Dev, 16, 2509-2517.

O'Neill, D., Yang, J., Erdjument-Bromage, H., Bornschlegel, K., Tempst, P. and Bank, A. (1999) Tissue-specific and developmental stage-specific DNA binding by a mammalian SWI/SNF complex associated with human fetal-to-adult globin gene switching. Proc Natl Acad Sci U S A, 96, 349-354.

O'Neill, D.W., Schoetz, S.S., Lopez, R.A., Castle, M., Rabinowitz, L., Shor, E., Krawchuk, D., Goll, M.G., Renz, M., Seelig, H.P., Han, S., Seong, R.H., Park, S.D., Agalioti, T., Munshi, N., Thanos, D., Erdjument-Bromage, H., Tempst, P. and Bank, A. (2000) An ikaros-containing chromatin-remodeling complex in adult-type erythroid cells. Mol Cell Biol, 20, 7572-7582.

Ostlund Farrants, A.K., Blomquist, P., Kwon, H. and Wrange, O. (1997) Glucocorticoid receptor-glucocorticoid response element binding stimulates nucleosome disruption by the SWI/SNF complex. Mol Cell Biol, 17, 895-905.

Pal, S., Yun, R., Datta, A., Lacomis, L., Erdjument-Bromage, H., Kumar, J., Tempst, P. and Sif, S. (2003) mSin3A/histone deacetylase 2- and PRMT5-containing Brg1 complex is involved in transcriptional repression of the Myc target gene cad. Mol Cell Biol, 23, 7475-7487.

Peterson, C.L., Dingwall, A. and Scott, M.P. (1994) Five SWI/SNF gene products are components of a large multisubunit complex required for transcriptional enhancement. Proc Natl Acad Sci U S A, 91, 2905-2908.

Peterson, C.L. and Herskowitz, I. (1992) Characterization of the yeast SWI1, SWI2, and SWI3 genes, which encode a global activator of transcription. Cell, 68, 573-583.

Peterson, C.L., Kruger, W. and Herskowitz, I. (1991) A functional interaction between the C-terminal domain of RNA polymerase II and the negative regulator SIN1. Cell, 64, 1135-1143.

Phelan, M.L., Schnitzler, G.R. and Kingston, R.E. (2000) Octamer transfer and creation of stably remodeled nucleosomes by human SWI-SNF and its isolated ATPases. Mol Cell Biol, 20, 6380-6389.

Phelan, M.L., Sif, S., Narlikar, G.J. and Kingston, R.E. (1999) Reconstitution of a core chromatin remodeling complex from SWI/SNF subunits. Mol Cell, 3, 247-253.

Poot, R.A., Dellaire, G., Hulsmann, B.B., Grimaldi, M.A., Corona, D.F., Becker, P.B., Bickmore, W.A. and Varga-Weisz, P.D. (2000) HuCHRAC, a human ISWI chromatin remodelling complex contains hACF1 and two novel histone-fold proteins. Embo J, 19, 3377-3387.

Prochasson, P., Neely, K.E., Hassan, A.H., Li, B. and Workman, J.L. (2003) Targeting activity is required for SWI/SNF function in vivo and is accomplished through two partially redundant activator-interaction domains. Mol Cell, 12, 983-990.

Randazzo, F.M., Khavari, P., Crabtree, G., Tamkun, J. and Rossant, J. (1994) brg1: a putative murine homologue of the Drosophila brahma gene, a homeotic gene regulator. Dev Biol, 161, 229-242.

Reisman, D.N., Sciarrotta, J., Wang, W., Funkhouser, W.K. and Weissman, B.E. (2003) Loss of BRG1/BRM in human lung cancer cell lines and primary lung cancers: correlation with poor prognosis. Cancer Res, 63, 560-566.

Reisman, D.N., Strobeck, M.W., Betz, B.L., Sciariotta, J., Funkhouser, W., Jr., Murchardt, C., Yaniv, M., Sherman, L.S., Knudsen, E.S. and Weissman, B.E. (2002) Concomitant down-regulation of BRM and BRG1 in human tumor cell lines: differential effects on RB-mediated growth arrest vs CD44 expression. Oncogene, 21, 1196-1207.

Reyes, J.C., Barra, J., Muchardt, C., Camus, A., Babinet, C. and Yaniv, M. (1998) Altered control of cellular proliferation in the absence of mammalian brahma (SNF2alpha). Embo J, 17, 6979-6991.

Roberts, C.W., Leroux, M.M., Fleming, M.D. and Orkin, S.H. (2002) Highly penetrant, rapid tumorigenesis through conditional inversion of the tumor suppressor gene Snf5. Cancer Cell, 2, 415-425.

Salma, N., Xiao, H., Mueller, E. and Imbalzano, A.N. (2004) Temporal Recruitment of Transcription Factors and SWI/SNF Chromatin-Remodeling Enzymes during Adipogenic Induction of the Peroxisome Proliferator-Activated Receptor {gamma} Nuclear Hormone Receptor. Mol Cell Biol, 24, 4651-4663.

Santoro, R., Li, J. and Grummt, I. (2002) The nucleolar remodeling complex NoRC mediates heterochromatin formation and silencing of ribosomal gene transcription. Nat Genet, 32, 393-396.

Page 57: Chromatin Remodelling by BRG1 and SNF2H190933/FULLTEXT01.pdf · Chromatin remodeling by BRG1 and SNF2H Biochemistry and Function 4 This thesis is based on the following papers: Paper

Present Investigation  57

Schofield, J., Isaac, A., Golovleva, I., Crawley, A., Goodwin, G., Tickle, C. and Brickell, P. (1999) Expression

of Drosophila trithorax-group homologues in chick embryos. Mech Dev, 80, 115-118. Shanahan, F., Seghezzi, W., Parry, D., Mahony, D. and Lees, E. (1999) Cyclin E associates with BAF155 and

BRG1, components of the mammalian SWI-SNF complex, and alters the ability of BRG1 to induce growth arrest. Mol Cell Biol, 19, 1460-1469.

Sif, S., Saurin, A.J., Imbalzano, A.N. and Kingston, R.E. (2001) Purification and characterization of mSin3A-containing Brg1 and hBrm chromatin remodeling complexes. Genes Dev, 15, 603-618.

Sif, S., Stukenberg, P.T., Kirschner, M.W. and Kingston, R.E. (1998) Mitotic inactivation of a human SWI/SNF chromatin remodeling complex. Genes Dev, 12, 2842-2851.

Sims, R.J., 3rd, Nishioka, K. and Reinberg, D. (2003) Histone lysine methylation: a signature for chromatin function. Trends Genet, 19, 629-639.

Soutoglou, E. and Talianidis, I. (2002) Coordination of PIC assembly and chromatin remodeling during differentiation-induced gene activation. Science, 295, 1901-1904.

Spector, D.L. (2003) The dynamics of chromosome organization and gene regulation. Annu Rev Biochem, 72, 573-608.

Stopka, T. and Skoultchi, A.I. (2003) The ISWI ATPase Snf2h is required for early mouse development. Proc Natl Acad Sci U S A, 100, 14097-14102.

Strahl, B.D. and Allis, C.D. (2000) The language of covalent histone modifications. Nature, 403, 41-45. Strobeck, M.W., Fribourg, A.F., Puga, A. and Knudsen, E.S. (2000a) Restoration of retinoblastoma mediated

signaling to Cdk2 results in cell cycle arrest. Oncogene, 19, 1857-1867. Strobeck, M.W., Knudsen, K.E., Fribourg, A.F., DeCristofaro, M.F., Weissman, B.E., Imbalzano, A.N. and

Knudsen, E.S. (2000b) BRG-1 is required for RB-mediated cell cycle arrest. Proc Natl Acad Sci U S A, 97, 7748-7753.

Strober, B.E., Dunaief, J.L., Guha and Goff, S.P. (1996) Functional interactions between the hBRM/hBRG1 transcriptional activators and the pRB family of proteins. Mol Cell Biol, 16, 1576-1583.

Strohner, R., Nemeth, A., Jansa, P., Hofmann-Rohrer, U., Santoro, R., Langst, G. and Grummt, I. (2001) NoRC--a novel member of mammalian ISWI-containing chromatin remodeling machines. Embo J, 20, 4892-4900.

Strohner, R., Nemeth, A., Nightingale, K.P., Grummt, I., Becker, P.B. and Langst, G. (2004) Recruitment of the nucleolar remodeling complex NoRC establishes ribosomal DNA silencing in chromatin. Mol Cell Biol, 24, 1791-1798.

Stukenberg, P.T., Lustig, K.D., McGarry, T.J., King, R.W., Kuang, J. and Kirschner, M.W. (1997) Systematic identification of mitotic phosphoproteins. Curr Biol, 7, 338-348.

Sudarsanam, P., Iyer, V.R., Brown, P.O. and Winston, F. (2000) Whole-genome expression analysis of snf/swi mutants of Saccharomyces cerevisiae. Proc Natl Acad Sci U S A, 97, 3364-3369.

Sudarsanam, P. and Winston, F. (2000) The Swi/Snf family nucleosome-remodeling complexes and transcriptional control. Trends Genet, 16, 345-351.

Sumi-Ichinose, C., Ichinose, H., Metzger, D. and Chambon, P. (1997) SNF2beta-BRG1 is essential for the viability of F9 murine embryonal carcinoma cells. Mol Cell Biol, 17, 5976-5986.

Tamkun, J.W., Deuring, R., Scott, M.P., Kissinger, M., Pattatucci, A.M., Kaufman, T.C. and Kennison, J.A. (1992) brahma: a regulator of Drosophila homeotic genes structurally related to the yeast transcriptional activator SNF2/SWI2. Cell, 68, 561-572.

Thiagalingam, S., Cheng, K.H., Lee, H.J., Mineva, N., Thiagalingam, A. and Ponte, J.F. (2003) Histone deacetylases: unique players in shaping the epigenetic histone code. Ann N Y Acad Sci, 983, 84-100.

Tong, J.K., Hassig, C.A., Schnitzler, G.R., Kingston, R.E. and Schreiber, S.L. (1998) Chromatin deacetylation by an ATP-dependent nucleosome remodelling complex. Nature, 395, 917-921.

Trotter, K.W. and Archer, T.K. (2004) Reconstitution of glucocorticoid receptor-dependent transcription in vivo. Mol Cell Biol, 24, 3347-3358.

Tsukiyama, T., Palmer, J., Landel, C.C., Shiloach, J. and Wu, C. (1999) Characterization of the imitation switch subfamily of ATP-dependent chromatin-remodeling factors in Saccharomyces cerevisiae. Genes Dev, 13, 686-697.

Tsukiyama, T. and Wu, C. (1995) Purification and properties of an ATP-dependent nucleosome remodeling factor. Cell, 83, 1011-1020.

Tsukiyama, T. and Wu, C. (1997) Chromatin remodeling and transcription. Curr Opin Genet Dev, 7, 182-191. Underhill, C., Qutob, M.S., Yee, S.P. and Torchia, J. (2000) A novel nuclear receptor corepressor complex, N-

CoR, contains components of the mammalian SWI/SNF complex and the corepressor KAP-1. J Biol Chem, 275, 40463-40470.

Wang, S., Zhang, B. and Faller, D.V. (2004) BRG1/BRM and prohibitin are required for growth suppression by estrogen antagonists. Embo J, 23, 2293-2303.

Page 58: Chromatin Remodelling by BRG1 and SNF2H190933/FULLTEXT01.pdf · Chromatin remodeling by BRG1 and SNF2H Biochemistry and Function 4 This thesis is based on the following papers: Paper

Chromatin remodeling by BRG1 and SNF2H Biochemistry and Function 

58

Wang, W., Chi, T., Xue, Y., Zhou, S., Kuo, A. and Crabtree, G.R. (1998) Architectural DNA binding by a high-

mobility-group/kinesin-like subunit in mammalian SWI/SNF-related complexes. Proc Natl Acad Sci U S A, 95, 492-498.

Wang, W., Cote, J., Xue, Y., Zhou, S., Khavari, P.A., Biggar, S.R., Muchardt, C., Kalpana, G.V., Goff, S.P., Yaniv, M., Workman, J.L. and Crabtree, G.R. (1996a) Purification and biochemical heterogeneity of the mammalian SWI-SNF complex. Embo J, 15, 5370-5382.

Wang, W., Xue, Y., Zhou, S., Kuo, A., Cairns, B.R. and Crabtree, G.R. (1996b) Diversity and specialization of mammalian SWI/SNF complexes. Genes Dev, 10, 2117-2130.

Varga-Weisz, P. (2001) ATP-dependent chromatin remodeling factors: nucleosome shufflers with many missions. Oncogene, 20, 3076-3085.

Varga-Weisz, P.D., Wilm, M., Bonte, E., Dumas, K., Mann, M. and Becker, P.B. (1997) Chromatin-remodelling factor CHRAC contains the ATPases ISWI and topoisomerase II. Nature, 388, 598-602.

Vary, J.C., Jr., Gangaraju, V.K., Qin, J., Landel, C.C., Kooperberg, C., Bartholomew, B. and Tsukiyama, T. (2003) Yeast Isw1p forms two separable complexes in vivo. Mol Cell Biol, 23, 80-91.

Versteege, I., Sevenet, N., Lange, J., Rousseau-Merck, M.F., Ambros, P., Handgretinger, R., Aurias, A. and Delattre, O. (1998) Truncating mutations of hSNF5/INI1 in aggressive paediatric cancer. Nature, 394, 203-206.

Whitehouse, I., Flaus, A., Cairns, B.R., White, M.F., Workman, J.L. and Owen-Hughes, T. (1999) Nucleosome mobilization catalysed by the yeast SWI/SNF complex. Nature, 400, 784-787.

Vila, R., Ponte, I., Jimenez, M.A., Rico, M. and Suau, P. (2000) A helix-turn motif in the C-terminal domain of histone H1. Protein Sci, 9, 627-636.

Wilsker, D., Patsialou, A., Zumbrun, S.D., Kim, S., Chen, Y., Dallas, P.B. and Moran, E. (2004) The DNA-binding properties of the ARID-containing subunits of yeast and mammalian SWI/SNF complexes. Nucleic Acids Res, 32, 1345-1353.

Virag, L. and Szabo, C. (2002) The therapeutic potential of poly(ADP-ribose) polymerase inhibitors. Pharmacol Rev, 54, 375-429.

Wolffe. (1998) Chromatin: structure and function. Academic Press. Wolffe, A.P. and Hayes, J.J. (1999) Chromatin disruption and modification. Nucleic Acids Res, 27, 711-720. Wong, A.K., Shanahan, F., Chen, Y., Lian, L., Ha, P., Hendricks, K., Ghaffari, S., Iliev, D., Penn, B., Woodland,

A.M., Smith, R., Salada, G., Carillo, A., Laity, K., Gupte, J., Swedlund, B., Tavtigian, S.V., Teng, D.H. and Lees, E. (2000) BRG1, a component of the SWI-SNF complex, is mutated in multiple human tumor cell lines. Cancer Res, 60, 6171-6177.

Xu, W., Cho, H., Kadam, S., Banayo, E.M., Anderson, S., Yates, J.R., 3rd, Emerson, B.M. and Evans, R.M. (2004) A methylation-mediator complex in hormone signaling. Genes Dev, 18, 144-156.

Xue, Y., Canman, J.C., Lee, C.S., Nie, Z., Yang, D., Moreno, G.T., Young, M.K., Salmon, E.D. and Wang, W. (2000) The human SWI/SNF-B chromatin-remodeling complex is related to yeast rsc and localizes at kinetochores of mitotic chromosomes. Proc Natl Acad Sci U S A, 97, 13015-13020.

Xue, Y., Wong, J., Moreno, G.T., Young, M.K., Cote, J. and Wang, W. (1998) NURD, a novel complex with both ATP-dependent chromatin-remodeling and histone deacetylase activities. Mol Cell, 2, 851-861.

Zhang, H.S., Gavin, M., Dahiya, A., Postigo, A.A., Ma, D., Luo, R.X., Harbour, J.W. and Dean, D.C. (2000) Exit from G1 and S phase of the cell cycle is regulated by repressor complexes containing HDAC-Rb-hSWI/SNF and Rb-hSWI/SNF. Cell, 101, 79-89.

Zhang, Y. and Reinberg, D. (2001) Transcription regulation by histone methylation: interplay between different covalent modifications of the core histone tails. Genes Dev, 15, 2343-2360.

Zhao, K., Wang, W., Rando, O.J., Xue, Y., Swiderek, K., Kuo, A. and Crabtree, G.R. (1998) Rapid and phosphoinositol-dependent binding of the SWI/SNF-like BAF complex to chromatin after T lymphocyte receptor signaling. Cell, 95, 625-636.

Zhou, Y., Santoro, R. and Grummt, I. (2002) The chromatin remodeling complex NoRC targets HDAC1 to the ribosomal gene promoter and represses RNA polymerase I transcription. Embo J, 21, 4632-4640.

Zraly, C.B., Marenda, D.R., Nanchal, R., Cavalli, G., Muchardt, C. and Dingwall, A.K. (2003) SNR1 is an essential subunit in a subset of Drosophila brm complexes, targeting specific functions during development. Dev Biol, 253, 291-308.

     

Page 59: Chromatin Remodelling by BRG1 and SNF2H190933/FULLTEXT01.pdf · Chromatin remodeling by BRG1 and SNF2H Biochemistry and Function 4 This thesis is based on the following papers: Paper

Present Investigation  59

 

ACKNOWLEDGEMENTS  So here I am at last, after all these pages and all these years, and I canʹt quite convince myself  that  it  is all over, or maybe  I  should  limit myself  to  saying that  this  part  is  over.  There  are  so many  people  that  I  am  indebted  to  for making it all possible and I hope I donʹt forget anyone:  To Anki I hope you realize what a perfect supervisor you have been. Always knowing the exact moment when I needed to be slowed down, and being able to do so without making me feel restrained or locked into a corner. I can only imagine how exhausting it must have been at times to try to keep up with me running around  and  doing  experiments  close  to  light  speed.  Bit  you  did  it,  you survived, and now you can finally rest. Ha Ha Thank you so much for you patience, for your ability to teach, for your sharp eye  that  always  spotted my mistakes,  for  all  the  laughs  and  for having  the same weird  humor  as myself. And maybe  the most  important  thing  of  all: Thank you, for letting me be me.  To Erica I donʹt think that I ever again will I have the privilege and joy of working with a  colleague  such  as  you.  Your  sense  of  humor  perfectly matches my  own weird humor  and your  critical  eye  always  spotted  every  attempt  I made  at cutting corners  (Ha Ha). Your ability  to  teach and explain science  to me and the  students  we  had  (except  for  the  unfortunate  incident  with  the  matrix explanation). Thank you for being a huge part in making these years some of the most  interesting, most  rewarding,  funniest  and  stimulating  I  have  ever experienced. Good luck with your own thesis next year, I will be there!  To Margareta Your  humor,  your  knowledge  and  your  generosity  and  patience  when teaching  me  all  those  things  when  I  was  a  fresh,  overambitious  and unstoppable  PhD  student.  I must  have  been  so  annoying  and  exhausting! Thank you for all your help and for being a big and important part of my time at the department.    

Page 60: Chromatin Remodelling by BRG1 and SNF2H190933/FULLTEXT01.pdf · Chromatin remodeling by BRG1 and SNF2H Biochemistry and Function 4 This thesis is based on the following papers: Paper

Chromatin remodeling by BRG1 and SNF2H Biochemistry and Function 

60

 To the people at the Dept. of Cellbiology I would like to thank Prof. Uno Lindberg and Prof. Roger Karlsson for always making  time  for me and my questions and  for  their helpful and challenging discussions.  Ingegärd, how you  always know where  to  find  things  is  still  a mystery  to me but  thank you  for all your help and  support. To Staffan,  the myth,  the man  the  legend:  Your  sharp mind,  your  support,  your wit  and humor has meant a  lot to me: Thank you! To Li‐Sophie, Louise, Thomas and Yu:  thank you  for all  the help and all  the  fun over  the years and good  luck with your own thesis work. (Thomas, without your help I would still be lost in cyberspace).  Thank  you  Ingrid  and  Ingela  for  being  helpful  colleagues  and thanks for all the fun.  Former colleagues I  would  like  to  thank  Herwig,  Kartik,  Mats,  Petra,  Thomas  and  Åsa  for rewarding discussions, help and a lot of fun. I would especially like to thank Maria  for  all  the  discussions,  help  and  support  and  for  all  the  laughs  and strange conversations. You are one of a kind, don’t ever stop!  My family Mom, dad, ʺsyster‐ysterʺ Madde and my nephew Dennis: Thank you for your support, your  encouragement  and unstoppable belief  in my  abilities. Thank you to the rest of my family for being supportive and for being who you are. You  know  I  really  like my  extended  family with  grandparents,  aunts  and uncles, cousins and so on.  To Christian I know you don’t  really understand what  Iʹve been doing or why  Iʹve been doing it but you have never failed to support me anyway. Thank you for being an amazing friend despite the fact that Iʹve regularly disappeared into science for months at an end in the last five years. Big hug to you!  I am grateful for the financial support: Stipend in memory of Wanda Pokora‐Kulinska, The JA Ekströms foundation, The  E  &  L  Åqvist  foundation,  The  Liljewals  foundation  and  for  financial support  granted  to  Dr.  A‐K  Östlund  Farrants  from  The  Swedish  Natural Science Research Council, The Carl Trygger  Foundation, Magnus Bergvall’s foundation, the Nilsson‐Ehle Foundation, Foundation for Lars Hiertas Minne and Marcus Borgström’s Foundation 

Page 61: Chromatin Remodelling by BRG1 and SNF2H190933/FULLTEXT01.pdf · Chromatin remodeling by BRG1 and SNF2H Biochemistry and Function 4 This thesis is based on the following papers: Paper

Present Investigation  61

                  

PAPERS