Sven Ljubić

Obrana će se održati u:

PONEDJELJAK, 27. travnja 2026. godine u 10.00 sati

u dvorani F 201 Seminar, Fizički odsjek, PMF, Bijenička cesta 32, Zagreb

Disertacija nosi naslov:

Alpha satellite DNA in evolution of gene modulatory networks

Alfa - satelitska DNA u evoluciji mreža genske modulacije

Povjerenstvo za obranu imenovano je u sastavu:

prof. dr. sc. Petra Korać, Prirodoslovno-matematički fakultet, Zagreb

prof. dr. sc. Maja Matulić,  Prirodoslovno-matematički fakultet, Zagreb

dr. sc. Damir Đermić, znan. savjetnik, Institut Ruđer Bošković, Zagreb

Zamjena: dr. sc. Barbara Milutinović, znan. suradnica, Institut Ruđer Bošković, Zagreb

Mentor: Đurđica Ugarković, emerita, Institut Ruđer Bošković, Zagreb

Abstract:

Satellite DNAs are highly abundant sequences that form functional centromeres and pericentromeric heterochromatin across various eukaryotic organisms. Beyond their structural significance, they have been implicated in gene expression modulation and reactions to stress, although the precise molecular mechanisms remain elusive. This study focused on the human alpha satellite as a model to investigate the roles of alpha satellite DNA transcripts in gene regulation and stress responses. Employing molecular biology techniques—including chromatin immunoprecipitation (ChIP), immunofluorescence assays, and a novel modified quantitative real-time PCR (qPCR) method designed for accurate quantification of repetitive DNA—the impact of alpha satellite transcripts on gene expression modulation among alpha-associated genes and their involvement in antibiotic stress responses was uncovered. Furthermore, the potential of these transcripts as cancer biomarkers was explored. The findings indicate that there is a positive correlation between the expression of exogenous alpha satellite RNA and the downregulation of alpha-associated genes, suggesting that alpha satellite RNA plays a significant role in regulating their transcription. Additionally, it was discovered that commonly used antibiotics in cell culture, which are also prescribed for bacterial infections, tend to enhance the transcription of a major human pericentromeric alpha satellite DNA in cell lines at standard concentrations. This response, however, varied among different cell lines. Also observed was a positive correlation between higher antibiotic concentrations and the higher levels of alpha satellite transcription, which was associated with either a decrease in H3K9me3 or an increase in H3K18ac histone modifications at the alpha satellite arrays. Notably, the results demonstrated a significant increase in intracellular alpha satellite RNA levels in the blood of patients with metastatic cancers, particularly in those with metastatic castration-resistant prostate cancer, compared to controls. This suggests a connection between prostate cancer pathogenesis and blood levels of intracellular alpha satellite RNA. These findings propose that alpha satellite RNA could be utilized as a novel diagnostic blood biomarker for prostate cancer, alongside widely accepted PSA (prostate-specific antigen). Overall, research presented here contributes valuable insights into the ever-expanding field of satellite DNA functional studies.

Sažetak:

Satelitske DNA su vrlo zastupljene sekvencije koje formiraju funkcionalne centromere i pericentromerni heterokromatin u različitim eukariotskim organizmima. Osim njihove strukturne važnosti, povezane su s modulacijom ekspresije gena i odgovorom na stres, iako precizni molekularni mehanizmi nisu u potpunosti objašnjeni. Ova studija je usredotočena na ljudsku alfa-satelitsku DNA kao model za istraživanje uloge njenih transkripata u regulaciji gena i odgovorima na stres. Koristeći tehnike molekularne biologije—uključujući kromatinsku imunoprecipitaciju (ChIP), imunofluorescencijska bojenja i modificiranu kvantitativnu lančanu reakciju polimerazom u stvarnom vremenu (qPCR), metodu dizajniranu za preciznu kvantifikaciju repetitivne DNA—otkriven je utjecaj transkripata alfa-satelita na modulaciju ekspresije gena povezanih s alfa-satelitskom DNA i njihova uključenost u odgovore na stres uzrokovan antibioticima. Nadalje, istražen je potencijal ovih transkripata kao biomarkera za maligne tumore. Dobiveni rezultati ukazuju na pozitivnu korelaciju između ekspresije egzogene alfa-satelitske RNA i smanjenja ekspresije gena povezanih s alfa-satelitima, što sugerira da alfa-satelitska RNA ima značajnu ulogu u regulaciji njihove transkripcije. Također, otkriveno je da uobičajeni antibiotici koji se koriste u staničnoj kulturi, a koji se također propisuju za bakterijske infekcije, mogu pojačati transkripciju glavne ljudske pericentromerne alfa-satelitske DNA u staničnim linijama pri standardnim koncentracijama. Ipak, ovaj odgovor je varirao kod različitih vrsta stanica. Primijećena je i pozitivna korelacija između rastućih koncentracija antibiotika i povećane razine transkripcije alfa-satelitske DNA, praćena smanjenjem količine histonskih modifikacija H3K9me3, odnosno povećanjem broja H3K18ac modifikacija na alfa-satelitskim sekvencijama. Također, rezultati demonstriraju značajno povećanje razine unutarstanične alfa-satelitske RNA u krvi pacijenata s metastatskim karcinomima, posebno kod metastatskog karcinoma prostate otpornog na kastraciju, u usporedbi s kontrolama, što sugerira vezu između patogeneze karcinoma prostate i razine unutarstanične alfa-satelitske RNA u krvi. Na temelju ovih nalaza, pretpostavka je da bi alfa-satelitska RNA mogla služiti kao novi dijagnostički krvni biomarker za karcinom prostate, uz opće prihvaćeni PSA (antigen specifičan za prostatu). Konačno, istraživanja predstavljena u ovom radu pružaju vrijedan uvid u sve kompleksnije polje funkcionalnih studija satelitskih DNA.