Dissertation/ Thesis
Characterization of the histone demethylase PHF8 in metabolic rewiring during neurogenesis and tumorigenesis
| Τίτλος: | Characterization of the histone demethylase PHF8 in metabolic rewiring during neurogenesis and tumorigenesis |
|---|---|
| Συγγραφείς: | Artés Hernández, Marta |
| Συνεισφορές: | University/Department: Universitat de Barcelona. Departament de Biomedicina |
| Thesis Advisors: | Martínez Balbás, Marian, Agell i Jané, Neus |
| Πηγή: | TDX (Tesis Doctorals en Xarxa) |
| Στοιχεία εκδότη: | Universitat de Barcelona, 2025. |
| Έτος έκδοσης: | 2025 |
| Φυσική περιγραφή: | 164 p. |
| Θεματικοί όροι: | Neurociències, Neurociencias, Neurosciences, Biologia molecular, Biología molecular, Molecular biology, Metabolisme, Metabolismo, Metabolism, Epigenètica, Epigenética, Epigenetics, Ciències Experimentals i Matemàtiques |
| Περιγραφή: | Programa de Doctorat en Biomedicina /Tesi realitzada a l'Institut de Biologia Molecular de Barcelona (IBMB-CSIC) |
| Description (Translated): | [eng] Progenitor proliferation during neurodevelopment relies on the precise coordination between epigenetic regulation and cellular metabolism. While metabolites are known to influence proliferation, self-renewal, and differentiation, how epigenetic mechanisms regulate metabolic programs in neural progenitor cells remains poorly understood. Given the importance of histone methylation and demethylation during neural development, in the first chapter of this thesis we investigate the role of the histone demethylase PHF8 (PHD finger protein 8) in neural stem cells (NSCs) biology. PHF8 specifically demethylates H4K20me1 and H3K9me2 histone marks and is known to be involved in cell cycle progression, rDNA transcription, and brain development. Mutations in PHF8 have been identified in patients with X-linked intellectual disability, cleft lip/palate, and autism. By combining transcriptional and epigenomic profiling using qPCR, ChIP-seq, and ATAC-seq, we identified PHF8 as a key regulation of serine metabolism. Specifically, PHF8 modulates chromatin accessibility and histone methylation at the promoters of serine biosynthesis genes, ensuring their transcriptional activation during development. This regulation may involve cooperation with transcription factors such as NFIA. Metabolomic analysis further revealed that PHF8 is required to maintain amino acid homeostasis, particularly intracellular serine levels in NSCs. Importantly, supplementation with serine partially rescued the proliferation defects observed in PHF8-deficient progenitors. Since serine is essential for nucleotide biosynthesis, loss of PHF8 disrupts nucleotide metabolism, impairs replication fork progression, and results in DNA damage accumulation. Additionally, we observed that PHF8 loss impairs autophagy through multiple mechanisms. On the one hand, it alters autophagic flux by disrupting LC3 and p62 dynamics. On the other hand, it leads to mTORC1 inhibition. PHF8 depletion also reduces expression of TFEB, a master regulator of lysosomal gene transcription, and increases lysosomal proteolysis. Furthermore, PHF8 is required to sustain mitochondrial function, as its loss leads to reduced basal respiration in NSCs. In vivo, PHF8 deficiency in mouse embryos results in defective neurogenesis, impaired progenitor expansion, and reduced neuron production. These findings identify PHF8 as a key molecular link between chromatin regulation, metabolic control, and neural development. In the second chapter of this thesis, we explore the role of PHF8 in cancer metabolism, given its reported oncogenic function in various tumor types. We found that PHF8 depletion markedly reduces cancer cell proliferation. In RH30 rhabdomyosarcoma cells, serine appears particularly important: PHF8 knockdown modestly decreases serine levels, and serine supplementation improves proliferation. However, PHF8 also promotes proliferation through additional mechanisms. Altogether, our findings support a model in which PHF8 rewires cellular metabolism to support proliferation, highlighting its essential role in both neurodevelopment and tumorigenesis. [cat] La proliferació dels progenitors neurals depèn d’una coordinació entre la regulació epigenètica i el metabolisme cel·lular. Tot i el paper conegut dels metabòlits, encara és poc conegut com els mecanismes epigenètics regulen els programes metabòlics en les cèl·lules progenitores neurals. Donada la rellevància de la metilació i desmetilació de histones en el context del desenvolupament neuronal, en el primer capítol d’aquesta tesi s’investiga la funció de la desmetilasa de histones PHF8 en la biologia de les cèl·lules mare neurals. PHF8 actua específicament sobre les marques H4K20me1 i H3K9me2, i es troba implicada en la progressió del cicle cel·lular, la transcripció del rDNA i el desenvolupament cerebral. Mutacions en el gen PHF8 s’han relacionat amb trastorns del neurodesenvolupament, com la discapacitat intel·lectual lligada al cromosoma X. Mitjançant la combinació d’anàlisi de transcriptòmica i epigenòmica—incloent qPCR, ChIP-seq i ATAC-seq— hem identificat PHF8 com un regulador fonamental del metabolisme de la serina. Concretament, PHF8 modula l’accessibilitat a la cromatina i la metilació de histones als promotors dels gens implicats en la biosíntesi de la serina. Aquesta regulació podria estar mediada, en part, per la cooperació amb factors de transcripció com NFIA. Amb un anàlisi metabòlic, observem que PHF8 és essencial per al manteniment de l’homeòstasi dels aminoàcids, particularment dels nivells intracel·lulars de serina. A més a més, la suplementació amb serina és capaç de rescatar parcialment els defectes proliferatius observats en progenitors deficients en PHF8. Atès que la serina és indispensable per a la biosíntesi de nucleòtids, la pèrdua de PHF8 altera aquest procés metabòlic, dificulta la progressió de la forquilla de replicació i condueix a l’acumulació de dany en l’ADN. Addicionalment, la pèrdua de PHF8 compromet el procés autofàgic, afectant tant les vies anabòliques com les catabòliques. D’una banda, altera el flux autofàgic afectant a la dinàmica de LC3 i p62. D’altra banda, inhibeix el complex mTORC1. La depleció de PHF8 també redueix l’expressió de TFEB, un regulador clau de la transcripció de gens lisosomals, i incrementa la proteòlisi lisosomal. A més, PHF8 és necessari per al manteniment de la funció mitocondrial, ja que la seva absència comporta una disminució de la respiració basal en les cèl·lules mare neurals. In vivo, la deficiència de PHF8 dona lloc a una neurogènesi defectuosa, una expansió limitada dels progenitors i una producció reduïda de neurones. Aquests resultats identifiquen PHF8 com un nexe molecular fonamental entre la regulació epigenètica de la cromatina, el control metabòlic i el desenvolupament neuronal. En el segon capítol d’aquesta tesi, explorem el paper de PHF8 en el metabolisme tumoral, atesa la seva funció oncogènica descrita en diversos tipus de càncer. Hem identificat que la depleció de PHF8 redueix significativament la proliferació de cèl·lules canceroses. En el cas de les cèl·lules RH30 de rabdomiosarcoma, la disminució de PHF8 redueix lleugerament els nivells de serina, i la seva suplementació millora la capacitat proliferativa d’aquestes cèl·lules. En conjunt, els nostres resultats donen suport a un model en el qual PHF8 reprograma el metabolisme cel·lular per facilitar la proliferació, posant de manifest el seu paper essencial tant en el neurodesenvolupament com en la tumorigènesi. |
| Τύπος εγγράφου: | Dissertation/Thesis |
| Περιγραφή αρχείου: | application/pdf |
| Γλώσσα: | English |
| Σύνδεσμος πρόσβασης: | https://hdl.handle.net/10803/697696 |
| Rights: | ADVERTIMENT. Tots els drets reservats. L'accés als continguts d'aquesta tesi doctoral i la seva utilització ha de respectar els drets de la persona autora. Pot ser utilitzada per a consulta o estudi personal, així com en activitats o materials d'investigació i docència en els termes establerts a l'art. 32 del Text Refós de la Llei de Propietat Intel·lectual (RDL 1/1996). Per altres utilitzacions es requereix l'autorització prèvia i expressa de la persona autora. En qualsevol cas, en la utilització dels seus continguts caldrà indicar de forma clara el nom i cognoms de la persona autora i el títol de la tesi doctoral. No s'autoritza la seva reproducció o altres formes d'explotació efectuades amb finalitats de lucre ni la seva comunicació pública des d'un lloc aliè al servei TDX. Tampoc s'autoritza la presentació del seu contingut en una finestra o marc aliè a TDX (framing). Aquesta reserva de drets afecta tant als continguts de la tesi com als seus resums i índexs. info:eu-repo/semantics/embargoedAccess |
| Αριθμός Καταχώρησης: | edstdx.10803.697696 |
| Βάση Δεδομένων: | TDX |
| FullText | Text: Availability: 0 CustomLinks: – Url: https://hdl.handle.net/10803/697696# Name: EDS - TDX (ns324271) Category: fullText Text: View record in TDX |
|---|---|
| Header | DbId: edstdx DbLabel: TDX An: edstdx.10803.697696 RelevancyScore: 1423 AccessLevel: 3 PubType: Dissertation/ Thesis PubTypeId: dissertation PreciseRelevancyScore: 1423.46984863281 |
| IllustrationInfo | |
| Items | – Name: Title Label: Title Group: Ti Data: Characterization of the histone demethylase PHF8 in metabolic rewiring during neurogenesis and tumorigenesis – Name: Author Label: Authors Group: Au Data: <searchLink fieldCode="AR" term="%22Artés+Hernández%2C+Marta%22">Artés Hernández, Marta</searchLink> – Name: Author Label: Contributors Group: Au Data: University/Department: Universitat de Barcelona. Departament de Biomedicina – Name: Author Label: Thesis Advisors Group: Au Data: Martínez Balbás, Marian<br />Agell i Jané, Neus – Name: TitleSource Label: Source Group: Src Data: TDX (Tesis Doctorals en Xarxa) – Name: Publisher Label: Publisher Information Group: PubInfo Data: Universitat de Barcelona, 2025. – Name: DatePubCY Label: Publication Year Group: Date Data: 2025 – Name: PhysDesc Label: Physical Description Group: PhysDesc Data: 164 p. – Name: Subject Label: Subject Terms Group: Su Data: <searchLink fieldCode="DE" term="%22Neurociències%22">Neurociències</searchLink><br /><searchLink fieldCode="DE" term="%22Neurociencias%22">Neurociencias</searchLink><br /><searchLink fieldCode="DE" term="%22Neurosciences%22">Neurosciences</searchLink><br /><searchLink fieldCode="DE" term="%22Biologia+molecular%22">Biologia molecular</searchLink><br /><searchLink fieldCode="DE" term="%22Biología+molecular%22">Biología molecular</searchLink><br /><searchLink fieldCode="DE" term="%22Molecular+biology%22">Molecular biology</searchLink><br /><searchLink fieldCode="DE" term="%22Metabolisme%22">Metabolisme</searchLink><br /><searchLink fieldCode="DE" term="%22Metabolismo%22">Metabolismo</searchLink><br /><searchLink fieldCode="DE" term="%22Metabolism%22">Metabolism</searchLink><br /><searchLink fieldCode="DE" term="%22Epigenètica%22">Epigenètica</searchLink><br /><searchLink fieldCode="DE" term="%22Epigenética%22">Epigenética</searchLink><br /><searchLink fieldCode="DE" term="%22Epigenetics%22">Epigenetics</searchLink><br /><searchLink fieldCode="DE" term="%22Ciències+Experimentals+i+Matemàtiques%22">Ciències Experimentals i Matemàtiques</searchLink> – Name: Abstract Label: Description Group: Ab Data: Programa de Doctorat en Biomedicina /Tesi realitzada a l'Institut de Biologia Molecular de Barcelona (IBMB-CSIC) – Name: Abstract Label: Description (Translated) Group: Ab Data: [eng] Progenitor proliferation during neurodevelopment relies on the precise coordination between epigenetic regulation and cellular metabolism. While metabolites are known to influence proliferation, self-renewal, and differentiation, how epigenetic mechanisms regulate metabolic programs in neural progenitor cells remains poorly understood. Given the importance of histone methylation and demethylation during neural development, in the first chapter of this thesis we investigate the role of the histone demethylase PHF8 (PHD finger protein 8) in neural stem cells (NSCs) biology. PHF8 specifically demethylates H4K20me1 and H3K9me2 histone marks and is known to be involved in cell cycle progression, rDNA transcription, and brain development. Mutations in PHF8 have been identified in patients with X-linked intellectual disability, cleft lip/palate, and autism. By combining transcriptional and epigenomic profiling using qPCR, ChIP-seq, and ATAC-seq, we identified PHF8 as a key regulation of serine metabolism. Specifically, PHF8 modulates chromatin accessibility and histone methylation at the promoters of serine biosynthesis genes, ensuring their transcriptional activation during development. This regulation may involve cooperation with transcription factors such as NFIA. Metabolomic analysis further revealed that PHF8 is required to maintain amino acid homeostasis, particularly intracellular serine levels in NSCs. Importantly, supplementation with serine partially rescued the proliferation defects observed in PHF8-deficient progenitors. Since serine is essential for nucleotide biosynthesis, loss of PHF8 disrupts nucleotide metabolism, impairs replication fork progression, and results in DNA damage accumulation. Additionally, we observed that PHF8 loss impairs autophagy through multiple mechanisms. On the one hand, it alters autophagic flux by disrupting LC3 and p62 dynamics. On the other hand, it leads to mTORC1 inhibition. PHF8 depletion also reduces expression of TFEB, a master regulator of lysosomal gene transcription, and increases lysosomal proteolysis. Furthermore, PHF8 is required to sustain mitochondrial function, as its loss leads to reduced basal respiration in NSCs. In vivo, PHF8 deficiency in mouse embryos results in defective neurogenesis, impaired progenitor expansion, and reduced neuron production. These findings identify PHF8 as a key molecular link between chromatin regulation, metabolic control, and neural development. In the second chapter of this thesis, we explore the role of PHF8 in cancer metabolism, given its reported oncogenic function in various tumor types. We found that PHF8 depletion markedly reduces cancer cell proliferation. In RH30 rhabdomyosarcoma cells, serine appears particularly important: PHF8 knockdown modestly decreases serine levels, and serine supplementation improves proliferation. However, PHF8 also promotes proliferation through additional mechanisms. Altogether, our findings support a model in which PHF8 rewires cellular metabolism to support proliferation, highlighting its essential role in both neurodevelopment and tumorigenesis.<br />[cat] La proliferació dels progenitors neurals depèn d’una coordinació entre la regulació epigenètica i el metabolisme cel·lular. Tot i el paper conegut dels metabòlits, encara és poc conegut com els mecanismes epigenètics regulen els programes metabòlics en les cèl·lules progenitores neurals. Donada la rellevància de la metilació i desmetilació de histones en el context del desenvolupament neuronal, en el primer capítol d’aquesta tesi s’investiga la funció de la desmetilasa de histones PHF8 en la biologia de les cèl·lules mare neurals. PHF8 actua específicament sobre les marques H4K20me1 i H3K9me2, i es troba implicada en la progressió del cicle cel·lular, la transcripció del rDNA i el desenvolupament cerebral. Mutacions en el gen PHF8 s’han relacionat amb trastorns del neurodesenvolupament, com la discapacitat intel·lectual lligada al cromosoma X. Mitjançant la combinació d’anàlisi de transcriptòmica i epigenòmica—incloent qPCR, ChIP-seq i ATAC-seq— hem identificat PHF8 com un regulador fonamental del metabolisme de la serina. Concretament, PHF8 modula l’accessibilitat a la cromatina i la metilació de histones als promotors dels gens implicats en la biosíntesi de la serina. Aquesta regulació podria estar mediada, en part, per la cooperació amb factors de transcripció com NFIA. Amb un anàlisi metabòlic, observem que PHF8 és essencial per al manteniment de l’homeòstasi dels aminoàcids, particularment dels nivells intracel·lulars de serina. A més a més, la suplementació amb serina és capaç de rescatar parcialment els defectes proliferatius observats en progenitors deficients en PHF8. Atès que la serina és indispensable per a la biosíntesi de nucleòtids, la pèrdua de PHF8 altera aquest procés metabòlic, dificulta la progressió de la forquilla de replicació i condueix a l’acumulació de dany en l’ADN. Addicionalment, la pèrdua de PHF8 compromet el procés autofàgic, afectant tant les vies anabòliques com les catabòliques. D’una banda, altera el flux autofàgic afectant a la dinàmica de LC3 i p62. D’altra banda, inhibeix el complex mTORC1. La depleció de PHF8 també redueix l’expressió de TFEB, un regulador clau de la transcripció de gens lisosomals, i incrementa la proteòlisi lisosomal. A més, PHF8 és necessari per al manteniment de la funció mitocondrial, ja que la seva absència comporta una disminució de la respiració basal en les cèl·lules mare neurals. In vivo, la deficiència de PHF8 dona lloc a una neurogènesi defectuosa, una expansió limitada dels progenitors i una producció reduïda de neurones. Aquests resultats identifiquen PHF8 com un nexe molecular fonamental entre la regulació epigenètica de la cromatina, el control metabòlic i el desenvolupament neuronal. En el segon capítol d’aquesta tesi, explorem el paper de PHF8 en el metabolisme tumoral, atesa la seva funció oncogènica descrita en diversos tipus de càncer. Hem identificat que la depleció de PHF8 redueix significativament la proliferació de cèl·lules canceroses. En el cas de les cèl·lules RH30 de rabdomiosarcoma, la disminució de PHF8 redueix lleugerament els nivells de serina, i la seva suplementació millora la capacitat proliferativa d’aquestes cèl·lules. En conjunt, els nostres resultats donen suport a un model en el qual PHF8 reprograma el metabolisme cel·lular per facilitar la proliferació, posant de manifest el seu paper essencial tant en el neurodesenvolupament com en la tumorigènesi. – Name: TypeDocument Label: Document Type Group: TypDoc Data: Dissertation/Thesis – Name: Format Label: File Description Group: SrcInfo Data: application/pdf – Name: Language Label: Language Group: Lang Data: English – Name: URL Label: Access URL Group: URL Data: <link linkTarget="URL" linkTerm="https://hdl.handle.net/10803/697696" linkWindow="_blank">https://hdl.handle.net/10803/697696</link> – Name: Copyright Label: Rights Group: Cpyrght Data: ADVERTIMENT. Tots els drets reservats. L'accés als continguts d'aquesta tesi doctoral i la seva utilització ha de respectar els drets de la persona autora. Pot ser utilitzada per a consulta o estudi personal, així com en activitats o materials d'investigació i docència en els termes establerts a l'art. 32 del Text Refós de la Llei de Propietat Intel·lectual (RDL 1/1996). Per altres utilitzacions es requereix l'autorització prèvia i expressa de la persona autora. En qualsevol cas, en la utilització dels seus continguts caldrà indicar de forma clara el nom i cognoms de la persona autora i el títol de la tesi doctoral. No s'autoritza la seva reproducció o altres formes d'explotació efectuades amb finalitats de lucre ni la seva comunicació pública des d'un lloc aliè al servei TDX. Tampoc s'autoritza la presentació del seu contingut en una finestra o marc aliè a TDX (framing). Aquesta reserva de drets afecta tant als continguts de la tesi com als seus resums i índexs.<br />info:eu-repo/semantics/embargoedAccess – Name: AN Label: Accession Number Group: ID Data: edstdx.10803.697696 |
| PLink | https://search.ebscohost.com/login.aspx?direct=true&site=eds-live&db=edstdx&AN=edstdx.10803.697696 |
| RecordInfo | BibRecord: BibEntity: Languages: – Text: English PhysicalDescription: Pagination: PageCount: 164 Subjects: – SubjectFull: Neurociències Type: general – SubjectFull: Neurociencias Type: general – SubjectFull: Neurosciences Type: general – SubjectFull: Biologia molecular Type: general – SubjectFull: Biología molecular Type: general – SubjectFull: Molecular biology Type: general – SubjectFull: Metabolisme Type: general – SubjectFull: Metabolismo Type: general – SubjectFull: Metabolism Type: general – SubjectFull: Epigenètica Type: general – SubjectFull: Epigenética Type: general – SubjectFull: Epigenetics Type: general – SubjectFull: Ciències Experimentals i Matemàtiques Type: general Titles: – TitleFull: Characterization of the histone demethylase PHF8 in metabolic rewiring during neurogenesis and tumorigenesis Type: main BibRelationships: HasContributorRelationships: – PersonEntity: Name: NameFull: Artés Hernández, Marta IsPartOfRelationships: – BibEntity: Dates: – D: 07 M: 11 Type: published Y: 2025 |
| ResultId | 1 |