Histone H4K20 methylation phases cytoskeletal dynamics with the cell cycle during Xenopus mucociliary epithelium formation

Embryonic development is characterized by a constant growth in complexity, which leads, from the totipotent zygote, to the more than 200 different cell types in the adult. The differential regulation of gene expression, and thus of the transcriptional output, is what guarantees the establishment of such cellular diversity. Transcription factors and epigenetics mechanisms can be accounted mainly for the establishment of transcriptional differences between different cell types. In this dissertation I focused my attention on the differentiation of the embryonic epidermis in the Xenopus model system. In the first part of my thesis I investigated the transcriptome of an autonomously differentiating embryonic tissue, the animal cap organoids, which recapitulates epidermal differentiation. I characterized the transcriptional output of these organoids in developmental time course. I focused my attention on the well- established fate regulators, such as transcription factors, as well as on novel potential regulators such as repetitive DNA elements and circular RNAs. The second part of my dissertation aimed to explain why upon depletion of the H4K20 histone methyltransferases Suv4-20h1/2 multiciliogenesis on the embryonic epidermis is strongly impaired. My results strongly suggest that H4K20 methylation phases cytoskeletal dynamics in concert with the cell cycle. Here I will propose a model of the function of H4K20 methylation that extends far beyond the realm of Xenopus epidermal differentiation.Die Embryonalentwicklung ist durch ein konstantes Komplexitätswachstum gekennzeichnet, das von der totipotenten Zygote zu den mehr als 200 verschiedenen Zelltypen beim Erwachsenen führt. Die differentielle Regulation der Genexpression und des daraus resultierenden Transkriptionsprofils garantiert die Etablierung einer solchen zellulären Diversität. In diesen transkriptionellen Unterschieden zwischen verschiedenen Zelltypen spielen Transkriptionsfaktoren und epigenetische Mechanismen eine zentrale Rolle. In dieser Dissertation untersuche ich die Differenzierung der embryonalen Epidermis in einem Xenopus-Modellsystem. In dem ersten Teil meiner Dissertation untersuchte ich das Transkriptom eines autonom differenzierenden embryonalen Gewebes, das epidermale Differenzierung rekapituliert (animal cap organoids). Ich habe die Transkriptionsleistung dieser Organoide im Entwicklungszeitverlauf charakterisiert. Hierbei habe ich besonders Augenmerk auf bekannte Regulatoren der Zellidentität, wie Transkriptionsfaktoren, aber auch neue potentielle Regulatoren wie repetitive DNA-Elemente und zirkuläre RNAs, gerichtet. Im zweiten Teil meiner Dissertation habe ich den Zusammenhang zwischen dem Verlust der H4K20 Histon Methyltransferase Suv4-20h1 / 2 und der darauf folgenden Reduktion der Multizilogenese in der embryonale Epidermis untersucht. Meine Ergebnisse deuten darauf hin, dass die H4K20-Methylierung sowohl die Dynamik des Zytoskeletts als auch den Zellzyklus beeinflussen. Somit kann ich in dieser Arbeit auf einen Einfluss der H4K20 Methylierung hinweisen, der weit über die Bedeutung für die epidermale Differentierung im Xenopusmodell hinausgeht