Alternativ splicing av pre-mRNA ger upphov till proteindiversitet. Histonmodifieringar kopplas till den alternativa splicingens reglering genom adaptorsystem som overfor den epigenetiska informationen direkt till splicingfaktorerna. De cis- agerande RNA- elementen pa exoner och introner med tillhorande trans- reglerande splicingfaktorer paverkas darfor direkt av specifika histonmodifieringar. En sammankopplande integrerad modell over en rad DNA- baserade processer foreslas. Denna komplexa modell ger en bild av interaktioner och paverkan mellan dessa delar. Kromatin remodellering kravs for bildandet av eukromatin. Nukleosomers placering vid exonrika regioner med specifika modifieringsmonster pekar ut exonerna samt mojliggor inbindning av RNA polymeras II som med sin CTD doman rekryterar bade splicing- och modifieringsfaktorer. Transkriptionshastigheten paverkas av nukleosomplaceringen vilket i sin tur paverkar rekrytering av spliceosomens komponenter, andra trans- agerande regulatorer och aven pre-mRNA sekvensens sekundarstruktur. Kromatin- adaptorkomplex laser av specifika histonmodifieringar och overfor informationen till splicingapparaten. Detta skapar mojlighet till den viktiga cell- och vavnadsspecifika alternativa splicingens reglering. I den integrerade modellen blir komplexiteten tydligare dar alla dessa processer interagerar med varandra och de cis- regulatoriska sekvenserna pa premRNA transkriptet. / Alternative splicing of pre-mRNA generates protein diversity. Histone modifications are connected to the regulation of alternative splicing through adaptor systems that transfers the epigenetic information directly to the splicing factors. The cis- acting RNA elements on the exons and introns together with the trans- regulating splicing factors are therefore directly affected of specific histone modifications. An integrated model over several DNA process mechanisms is suggested. This complex model explains the interactions of the different parts and how they affect each other. Chromatin remodelers are required to obtain euchromatin. Nucleosome positioning at exon rich regions with a specific modification pattern point out where the exons are, and this enable the RNA polymerase II to find and bind to the DNA. It’s CTD domain recruits both splicing- and modifications factors. The transcription rate is also affected of the nucleosome positioning and that in turn affects the recruitment of the components of the spliceosomen, other trans- acting regulators and even the formation of the secondary structure of the pre-mRNA transcript. Chromatin- adaptor complex reads specific histone modifications and transfers this information to the splicing apparatus. All this creates the possibility to regulate important cell- and tissue specific alternative splicing patterns. The integrated model makes the complex processes more clearer when all these integrates with each other and the cis- acting regulating elements on the pre-mRNA transcript.

Mänsklig utforskning av månen och Mars innebär stora utmaningar för människans fysiologi och hälsa på grund av de unika miljöfaktorer som följer av långvariga rymduppdrag. Rymdbiologiska experiment har blivit ett viktigt verktyg för att studera effekterna som mikrogravitation och rymdstrålning har på levande organismer, i syfte att förstå och minska dessa utmaningar. Sådana experiment ger forskarna möjlighet att få insikt i rymduppdragens inverkan på människans fysiologi och utveckla strategier för att motverka eventuella skadliga effekter. Dessutom ger rymdbiologiska experiment möjlighet att öka vår förståelse av grundläggande biologiska processer, inklusive mikrogravitationens effekter på celldifferentiering och vävnadsregeneration, med potentiella tillämpningar för både rymdforskning och för att förbättra människors hälsa på jorden. Särskilt studier av mikrogravitationens effekter på hjärncellerna har potentiella konsekvenser för neurodegenerativa sjukdomar som Alzheimers och Parkinsons sjukdom. Genom att analysera data som genererats från hjärnor hos möss som skickats ut i rymden med en ny R-mjukvara, ArchR, är det möjligt att belysa de mekanismer som ligger till grund för förändringar i hjärnans funktion och beteende hos astronauter under långvariga rymduppdrag. Genom att förstå dessa mekanismer kan man utveckla nya terapeutiska metoder för att behandla eller till och med förebygga dessa sjukdomstillstånd. Fortsatta investeringar i rymdbiologisk forskning är avgörande för att garantera säkerheten och framgången för framtida, långvariga rymdforskningsuppdrag för människor. Genom att integrera avancerad teknik, t.ex. användning av spatiell transkriptomik eller sekvensering med encellsupplösning, kan en omfattande förståelse av komplexa biologiska system tolkas. De potentiella fördelarna med rymdbiologisk forskning sträcker sig längre än till att bara förstå effekterna av rymdfärder på människans fysiologi, med konsekvenser för grundläggande biologiska processer och behandling av en rad neurologiska sjukdomar. / Human exploration of the Moon and Mars poses significant challenges to human physiology and health due to the unique environmental factors that accompany long-duration space missions. Space biology experiments have emerged as an essential tool for studying the effects of microgravity and space radiation on living organisms, in order to understand and mitigate these challenges. Such experiments provide researchers with the opportunity to gain insights into the impacts of prolonged exposure to outer space on human physiology, and develop strategies to counteract any harmful effects. Additionally, space biology experiments offer the potential to enhance our understanding of fundamental biological processes, including the effects of microgravity on cell differentiation and tissue regeneration, with potential applications for both space exploration and improving human health on Earth. Previous research indicated the regulation of similar biomarkers, studying the effects of microgravity on brain cells could offer valuable insights into the potential impact on neurodegenerative conditions such as Alzheimer’s and Parkinson’s diseases. By analyzing data generated from the brains of mice that have been sent to space with a new R-software tool called ArchR, it is possible to elucidate the mechanisms underlying changes in brain function and behavior in astronauts during long-duration space missions. Understanding these mechanisms can inform the development of new therapeutic approaches to treating or even preventing these conditions. Continued investment in space biology research is critical to ensuring the safety and success of future long-term human space exploration missions. By integrating advanced technologies, such as the use of spatial transcriptomics or sequencing at the single-cell resolution, comprehensive understanding of complex biological systems can be interpreted. The potential benefits of space biology research extend beyond just understanding the effects of spaceflight on human physiology, with implications for fundamental biological processes and the treatment of a range of neurological diseases.

Syftet med detta projekt var att undersöka hur vanligt använda cancerläkemedel påverkar mRNA-uttryck och kromatinorganisation i humana erytroleukemiceller. Som modell användes K562-celler från en patient i blastocystkris (2), för att utvärdera leukemicellernas svar på cancerläkemedel vinblastin och doxorubicin. Vinblastin och doxorubicin valdes på grund av deras distinkta mekanismer i cancercellen: medan doxorubicin interkaleras i DNA, hämmar topoisomeras II-aktivitet vilket orsakar celldöd, riktar vinblastin sig mot mikrotubuli för att stoppa mitotisk delning och proliferation. Uttryck av mRNA undersöktes i celler vid 0-timmar, 6-timmar och 24-timmar drogbehandling, samt efter en veckas återhämtning från 24-timmars drogbehandling. Kromatintillgänglighet med ATAC-seq undersöktes i K562-celler vid 0- timmar, 1-timmar, 6-timmar, 24-timmar och 24-timmar + en veckas återhämtning. Därefter utfördes DNA (ATAC-seq) och RNA (mRNA-seq) extraktion och biblioteksberedning på tre biologiska replikat, och öppna DNA-regioner samt mRNA expression undersöktes via sekvensering. Resultaten visade en stark korrelation mellan de biologiska replikaten, vilket indikerar att resultaten var upprepbara. Differentiellt uttryck av mRNA vid doxorubicin- och vinblastinbehandlingar utfördes genom att jämföra mRNA-nivåerna i läkemedelsbehandlade prover med obehandlade (0-timmar). Uppreglerade och nedreglerade gener identifierades och MA-grafer genererades för att visuellt analysera de differentiellt uttryckta generna vid olika tidpunkter efter läkemedelsbehandling och en veckas återhämtning. För att hitta anrikningar av funktionella genkategorier bland de läkemedelsinducerade eller -undertryckta generna, utfördes genontologianalyser. Slutligen användes verktyget Integrative Genomics Viewer (IGV) för att visuellt utforska mRNA-nivåerna och deras differentiella uttrycksmönster under läkemedelsbehandlingar. För ATAC-seq utfördes inte detaljerad dataanalys på grund av tidsbegränsning, men genomets öppenhet undersöktes visuellt genom IGV. Sammantaget inducerade doxorubicinbehandling en långsamt men långvarig förändring av genuttrycket, vilket involverade flera olika biologiska processer. Doxorubicinbehandlade K562-celler ändrade genuttryck att stöda kemoresistens snarare än att inducera apoptos eller celldöd. Behandlingen hade en långvarig inverkan på mRNA-nivåer som sträckte över återhämtningsveckan. Den totala uttrycksförändringen i återhämtningsproverna var förknippad med återhämtning av tumörigena egenskaper och återställning av mekanismener som stöder cellernas tillväxt. Vinblastine förorsakade snabb ökning av mRNA involverade i cytoskelettet. Vid 24-timmars vinblastinbehandling upplevde tumörcellerna stress på grund av grovt elongerad struktur, och de inducerade gener som stöder tumörbildning. En ökning av totala mRNA-nivåer detekterades i vinblastinbehandlade K562-leukemiceller, vilket var särskilt tydligt under återhämtningen. Resultaten visade att cellerna som överlevde vinblastinbehandling fokuserade på att återställa sin strukturella form. Sammantaget visade resultaten att monoterapi inte fungerar effektivt mot leukemiceller eftersom K562-leukemiceller inte bara överlevde läkemedelsbehandlingarna utan också inducerade mRNA som är involverade i resistens mot läkemedelsbehandlingar. / The primary objective of this project is to investigate how commonly used cancer drugs affect mRNA expression and chromatin organization in human erythroleukemia cells. As a model, K562 cells derived from a patient in blastocyst crisis (2) were utilized, evaluating the leukemia cells’ cellular responses to cancer medicines vinblastine and doxorubicin. Vinblastine and doxorubicin were chosen due to the distinct pathways they target in the cell: while doxorubicin intercalates into DNA and inhibits topoisomerase II activity, which eventually cause cell death, vinblastine targets microtubules to stops mitotic division and excessive proliferation. Expression of mRNA was investigated in cells harvested at 0h, 6h, 24h and 24h + one week recovery. Chromatin accessibility with ATAC-seq was investigated in K562 cells harvested at 0h, 1h, 6h, 24h and 24h + one week recovery. Then DNA (ATAC-seq) and RNA (mRNA-seq) extraction and library preparation were performed on three replicates, and the genome-wide results was investigated via sequencing. The results showed a strong correlation between the biological replicates, indicating that the experimental conditions were sustained in these biological variables. Differential Expression of mRNA upon doxorubicin and vinblastine treatments was performed by comparing the mRNA levels in drug-treated samples to non-treated (0h) upregulated and down regulated genes were identified and MA plots generated to visually analyze the differentially expressed genes at different time points after drug treatment and one week recovery. To find enrichments of functional gene categories among the drug-induced or -repressed genes, gene ontology analyses were performed. Finally, the Integrative genomics viewer (IGV) tool was used to visually explore the mRNA levels and their differential expression pattern during drug treatments. For ATAC-seq, detailed data analysis was not performed due to limitation of time, and data was only visually explored through IGV. Taken together, doxorubicin treatment showed slow initial response within 6h followed by an extensive change in gene expression in 24h, involving several different biological processes. The response was more inclined towards chemoresistance rather than inducing apoptosis or cell death. There was a sustained increase in mRNA levels of doxorubicin treated leukemia cells during recovery week. The overall expression change in the recovery samples was majorly linked with not only gaining back the tumourigenic properties and restoring the mechanism which were affected by doxorubicin action but, based on changes in mRNA expression, it looks like doxorubicin treatment made the tumour cells more aggressive. The initial, 6h, response to vinblastine increases mRNAs involved in cytoskeleton. Upon 24h vinblastine treatment the tumour cells experienced stress due to shear force and structural deformity, and they induced genes supporting tumourigenesis. An increase in total mRNA levels was detected in vinblastine-treated K562 leukemia cells, which was particularly evident during recovery. The results indicated that the cells that survived vinblastine treatment focused on recovering its structural form. Overall, the results indicated that monotherapy does not effectively work against leukemia cells as K562 leukemia cells not only survived the drug treatments but also induced mRNAs involved in resistance against drug treatment.

S. cerevisiae Ada2 and Bre1 has a role in histone post-translational modifications. Deletion of these genes causes deficiency in acetylation (Ada2) or ubiquitination (Bre1) of histones. Further, mutants lacking these genes or homologous genes showed different phenotypes in human and S. cerevisiae while treated with DNA damaging agents 4-NQO and MMS. Bre1 deficient cells showed 4-NQO sensitivity in S. cerevisiae and resistance in human cells. Since it has been shown that S. pombe is more close to mammals in chromatin regulation we wanted to examine S. pombe response against MMS and 4-NQO. By homologous recombination, genes were deleted and mutants were treated with different concentration of both the genotoxins. In accordance with a previous study, Ada2Δ showed sensitivity to MMS while Brl1Δ & Brl2Δ grew as wild type. Surprisingly, unlike S. cerevisiae, S. pombe showed resistance to 4-NQO and has a phenotype similar to the one found in human cells.