Kombinatorisches Auslesen epigenetischer DNA- und Histonmethylierung durch ICBP90/UHRF1

• Antragsteller: Professor Dr. Wolfgang Fischle
• Fachliche Zuordnung: Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung ; Biochemie ; Strukturbiologie ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung von 2009 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 126750370

Die vielfältigen Funktionen, die unterschiedliche Zellen unseres Körpers wahrnehmen, erfordern, dass das genetische Material sehr genau weitergegeben und ausgelesen wird. Die Regulation des Genoms findet auf der Ebene des Chromatins (= DNA + Histonproteine) statt. Eine Vielzahl chemischer Modifizierungen der DNA und der Histonproteine steuern die Eigenschaften des Chromatins auf epigenetischer Ebene. Die Erforschung der biochemischen Funktionsweise der unterschiedlichen Chromatinmodifizierungen durch Rekrutierung spezifischer Bindungsproteine ist von großer Bedeutung für die Grundlagenforschung. Während diese Faktoren wichtige Bindeglieder zwischen den unterschiedlichen Chromatinmodifizierungsmustern und der Funktion des Chromatins herstellen, ist über deren Regulation nur sehr wenig bekannt.Das Protein UHRF1 (auch ICBP90 oder NP95) ist wichtig für die Aufrechterhaltung definierter DNA-Methylierungsmuster. Knock out Mäuse sind nicht lebensfähig. Das Protein ist aus unterschiedlichen Domänen aufgebaut. Diese binden DNA-Methylierung, unmodifiziertes Histon H3 oder H3, das an Lysin 9 trimethyliert ist (H3K9me3). Unsere vorläufigen Untersuchungen zur Regulation der Heterochromatinbindung des UHRF1 haben gezeigt, dass das Protein über ein kleines zelluläres Signalmolekül, nämlich Phosphatidylinositol 5-Phosphat (PI5P), reguliert wird. Phosphatidylinositol Phosphate (PIP) spielen bei der Signalübertragung an der Zellmembran eine bedeutende Rolle. Obwohl schon vor einiger Zeit gezeigt werden konnte, dass diese Phospholipide auch im Zellkern und unabhängig vom zytoplasmatischen Pool vorkommen, ist ihre Biologie und Funktion nur sehr schlecht verstanden.Wir wollen mit diesem Projekt die Hypothese untersuchen, dass nukleäres PI5P, das in seiner Konzentration durch zelluläre Programme (Zellzyklus, Stress) gesteuert wird, die Chromatinbindung des UHRF1/NP95 steuert. Dabei denken wir, das PI5P allosterisch unterschiedliche Konformationen des Proteins induziert. Die unterschiedlichen Konformationen regulieren, ob und wie die Chromatinmodifizierungen an die entsprechenden Domänen des Proteins gebunden werden können. Um diese Idee zu testen, wollen wir die molekularen Details der PI5P-abhaengigen Regulation des UHRF1 mit Hilfe biochemischer, biophysikalischer und struktureller Methoden aufklären. Außerdem wollen wir untersuchen, welche Rolle dieser Regulationsmechanismus auf zelluläre Ebene hat.Unsere Arbeiten werden nicht nur zur Aufklärung des Regulationsmechanismus eines sehr wichtigen epigenetischen Regulators beitragen sondern auch elementare Erkenntnisse zur Biologie des nukleären PI5P liefern. Darüber hinaus werden unsere Studien zum generellen Verständnis Chromatin-abhängiger und epigenetischer Prozess sowie der Funktion der PIP im Zellkern beitragen. Die Prinzipien, die sich aus unserem Projekt ev. ableiten lassen, könnten ultimativ dazu führen, neuartige Therapien für Krankheiten mit epigenetischer Komponente (z.B. Krebs, Diabetes) zu entwickeln.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen