Untersuchung des Mechanismus zum gezielten Einbau von H3.V und H4.V Histonvarianten in Trypanosoma brucei

• Antragsteller: Professor Dr. Tim Nicolai Siegel
• Fachliche Zuordnung: Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 244748328

Zahlreiche Studien in verschiedenen Organismen haben gezeigt, dass das Ersetzen von kanonischen Histonen durch Histonvarianten die Zugänglichkeit von DNA beeinflussen kann. Folglich ermöglicht der Einbau von Histonvarianten die Regulation verschiedenster biologischer Prozesse. Die Entwicklung eines gesamtheitlichen Verständnisses der biologischen Funktionen von Histonvarianten wird durch die hohe Anzahl an unterschiedlichen Varianten und das komplexe Zusammenspiel mit der umgebenden Chromatinstruktur erschwert. Wie und warum sie an einem bestimmten Locus im Genom eingebaut werden und welche verschiedenen Funktionen sie haben können, ist für die meisten Histonvarianten bislang unbekannt. In dem vorgestellten Projekt möchten wir den Einbau und die Funktionen von Histonvarianten in Trypanosoma brucei untersuchen. Trypanosomen sind einzellige Eukaryoten mit zahlreichen Eigenschaften, die die Untersuchung der grundlegenden Funktionen von Histonvarianten erleichtern: T. brucei weist lediglich eine Histonvariante für jedes kanonische Histon auf. Da die meisten Gene in sogenannten polycistronischen Einheiten organisiert sind, ist zudem die Zahl der Stellen, an denen Transkription initiiert und beendet wird, auf ca. 200 Loci im gesamten Genom reduziert. In bisherigen Experimenten konnten wir zeigen, dass die vier verschiedenen Histonvarianten in T. brucei, H2A.Z, H2.V, H3.V und H4.V, eine definierte Verteilung innerhalb des Genoms aufweisen. Dadurch können sogar kleine Veränderungen beim Einbau von Histonvarianten gut untersucht werden. Der Verlust von H3.V führt etwa zu einem fehlerhaften Beenden des Transkriptionsprozesses und zu einer Veränderung der dreidimensionalen Genomorganisation. Außerdem konnten wir beobachten, dass die zeitgleiche Deletion von H3.V und H4.V die Dichte des Chromatins an bestimmten Stellen stark beeinflusst. Durch diese Veränderungen kam es zu einer erhöhten Austauschrate des exprimierten Antigens, ausgelöst durch Rekombination. Auf der Grundlage dieser Beobachtungen haben wir die Hypothese aufgestellt, dass H3.V abhängig vom umgebenden Chromatinkontext verschiedene biologische Funktionen erfüllen kann. Wir vermuten, dass H3.V nach einem Bruch des DNA-Doppelstrangs eingebaut wird und außerdem am Ende von polycistronischen Transkriptionseinheiten für das Beenden des Transkriptionsprozesses verantwortlich ist. Um diese Hypothese zu testen, werden wir untersuchen, wie und warum H3.V an bestimmten Stellen im Genom platziert wird und welche Rolle das Chromatinumfeld für die Funktion von H3.V als Regulator für lokale Chromatinstrukturen und dreidimensionale Genomorganisation spielt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen