Doktorsvörn í líf- og læknavísindum Juan Ouyang

Fimmtudaginn 19. júní 2025 ver Juan Ouyang doktorsritgerð sína í líf- og læknavísindum við Læknadeild Háskóla Íslands. Ritgerðin ber heitið: Áhrif utangenakerfisins á DNA metýleringu í taugaþroskamódeli. Investigating DNA methylation dynamics in normal and epigenetic machinery deficient neurodevelopment.

Andmælendur eru dr. David Katz, prófessor við Emory University í Atlanta, og  dr. Sigríður Rut Franzdóttir, dósent við Líf- og umhverfisvísindadeild Háskóla Íslands.

Umsjónarkennari og leiðbeinandi var Hans Tómas Björnsson, prófessor. Aðrir í doktorsnefnd voru Erna Magnúsdóttir, dósent, Ólafur Magnússon, hópstjóri hjá ÍE, og Ragnhildur Þóra Káradóttir, prófessor.

Eiríkur Steingrímsson, prófessor við Læknadeild stjórnar athöfninni sem fer fram í Hátíðasal Háskóla Íslands og hefst kl. 13.00.

Ágrip

Utangenaerfðaþættir (e. epigenetic machinery, EM) gegna mikilvægu hlutverki við að stjórna aðgengi litnis og hafa þannig áhrif á genatjáningu. Mendelsk heilkenni utangenakerfisins (e. Mendelian disorders of the epigenetic machinery, MDEM) orsakast vegna stökkbreytinga í EM genum og hafa einstaklingar með MDEM ýmsar sameiginlegar svipgerðir, þar á meðal greindarskerðingu og vaxtartruflun. Einstaklingar með MDEM sýna einnig frávik í DNA metýlun (DNAm) í blóðfrumum. Hins vegar er óljóst hvort truflun á DNAm sé orsök fyrir sameiginlegum svipgerðum þessara heilkenna. Þessi ritgerð hefur það að markmiði að þróa líkan fyrir þroskun taugafrumna og finna mikilvæga DNA-metýlunarstaði (DNAm) sem breytast í taugafrumulíkönum við tap á EM-þáttum.

Í þessari rannsókn tókst að koma á fót líkani fyrir þroskun taugafrumna. Víðtæk minnkun sást á metýlun í taugafrumum sem vantaði Dnmt1 genið en litlar breytingar í þeim sem vantaði Kmt2a. Enn fremur fannst jákvæð fylgni í mis-tjáðum genum í frumum sem vantaði hvort genið fyrir sig sem bendir til tengingu í virkni þessara tveggja þátta.

Einnig var rannsakað DNAm mynstur á kerfisbundinn hátt í taugaþroskamódelinu eftir útslátt á 46 utangenaerfðagenum. Þótt tap á slíkum EM genum leiddi almennt til vægra DNAm breytinga, voru undantekningar á því eins og til dæmis útsláttur á Dnmt1 og Dnmt3b sem sýndu mun meiri breytingar á  DNAm. Með því að nýta tilraunauppsetningu, þar sem frumur voru fengnar úr F1 blendingslíkani tveggja músa-arfgerða (B6J faðir × FVB/NJ móðir), voru greind samsætusértæk mis-metýleruð svæði (e. Allele-Specific DMRs, AS-DMRs) með því að nýta einkirnabreytileika (e. single nucleotide polymorphisms, SNPs) milli arfgerðanna til að aðgreina samsæturnar. Að lokum leiddi fasagreiningin í ljós eitt marktækt erfðamengis-breytt mismetýlerað gen, staðsett í 3´UTR á Zic4 geninu, sem einnig sýndi breytingu í genatjáningu við þroska taugafrumna.

Rannsóknin sýnir mikilvægi þess að samþætta ONT og RNA raðgreiningu til að skilja samspil DNAm breytinga og genatjáningar í viðeigandi sjúkdómalíkani (taugafrumum). Þessi samþætta nálgun gerir kleift að greina smávægilegar, en líffræðilega mikilvæga breytileika sem gætu nýst sem lyfjamörk eða greiningarmerki fyrir þessa MDEM sjúkdóma í framtíðinni.

Abstract:

Epigenetic machinery (EM) factors are essential for modulating chromatin states and regulating gene expression. The Mendelian disorders of the epigenetic machinery (MDEM), caused by mutations in the EM, often result in shared phenotypes, including intellectual disability and growth dysregulation. Many individuals with an MDEM diagnosis exhibit DNA methylation (DNAm) abnormalities in peripheral blood cells. However, whether DNAm dysregulation in MDEMs functionally links these two overlapping phenotypes remains unclear. This thesis aims to develop a neuronal development model and identify potentially functionally important DNAm loci that show changes across multiple EM deficient neuronal models.

In this study, we successfully established a neuronal development model. We observed extensive global demethylation in Dnmt1KOs, whereas Kmt2aKOs exhibited relatively mild DNAm changes. Additionally, we uncovered a substantial overlap in differentially expressed genes (DEGs), with a strong positive correlation between the shared DEGs among the two.

Beyond individual KO analyses, we systematically investigated DNAm patterns across all 46 EM-KOs. While most exhibited subtle DNAm alterations, notable exceptions included Dnmt1 and Dnmt3b, showed more sizable DNAm changes. Leveraging our experimental setup using cells derived from an F1 hybrid model (B6J paternal × FVB/NJ maternal), we were able to identify allele-specific differentially methylated regions (AS-DMRs) using single-nucleotide polymorphisms (SNPs), and using phasing analysis, we discovered a single genome-wide significant DMR located in the 3´UTR of Zic4, which was differentially expressed during neuronal maturation.

These findings provide a valuable strategy for integrating ONT and RNA sequencing to investigate DNAm dynamics and gene expression changes in a disease-relevant model (neurons). This integrative approach enables the detection of subtle but biologically meaningful candidates that may serve as therapeutic targets or diagnostic markers for MDEMs.

Um doktorsefni

Juan Ouyang er fædd árið 1997 í Kína. Hún lauk BSc-gráðu frá Shaoyang-háskóla í lífverkfræði árið árið 2017. Hún varði mastersritgerð tengda utangenaerfðum í Yangzhou-háskóla árið 2020. Juan kom síðan til Íslands árið 2021 er hún hóf doktorsnám hjá Hans Tómasi Björnssyni. Foreldrar hennar eru Dalian Ouyang og Xiaoe Wang, bæði búsett í Yiyang í Kína.