Fitxers
Embargament
Document embargat fins el 2026-11-07Tipus de document
TesiVersió
Versió publicadaData de publicació
Tots els drets reservats
Si us plau utilitzeu sempre aquest identificador per citar o enllaçar aquest document: https://hdl.handle.net/2445/230074
Characterization of the histone demethylase PHF8 in metabolic rewiring during neurogenesis and tumorigenesis
Títol de la revista
Autors
Director/Tutor
ISSN de la revista
Títol del volum
Recurs relacionat
Resum
[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.
[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.
Matèries
Matèries (anglès)
Citació
Col·leccions
Citació
ARTÉS HERNÁNDEZ, Marta. Characterization of the histone demethylase PHF8 in metabolic rewiring during neurogenesis and tumorigenesis. [consulted: 9 of September of 2026]. Available at: https://hdl.handle.net/2445/230074