Erforschung des Beitrags von RNA-Polymerasen zur 3D-Genomarchitektur von Säugetieren

• Antragsteller: Professor Dr. Argyris Papantonis
• Fachliche Zuordnung: Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung ; Bioinformatik und Theoretische Biologie ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung seit 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 422389065

Säugetierchromosomen sind 3D-Einheiten, die durch konvergierende und gegensätzliche Kräfte geformt werden. Die Mitose führt zu einer drastischen Chromosomenkondensation, aber nach dem Wiedereintritt in die G1-Zellzyklus-Phase stellen die Chromosomen ihre Interphasenorganisation wieder her. In der ersten Förderrunde des SPP2202 untersuchten wir die Rolle von RNAPII bei diesem Übergang sowie in asynchronen G1-Zellen, indem wir ein System verwendet haben, das seinen Auxin-vermittelten Abbau ermöglicht. Für den Übergang von der Mitose zu G1 zeigten Hi-C in Verbindung mit „super-resolution“ 3dSTORM-Bildgebung und Computersimulationen, dass RNAPII sowohl für die Kompartiment- als auch für die Loop-Etablierung beim mitotischen Austritt erforderlich ist. Dies ist auf eine reduzierte und anormale Kohesin-Beladung auf Chromatin zurückzuführen, von der wir nun zeigen können, dass sie auf der physischen Anwesenheit von RNAPII an zugänglichen Stellen abhängt. Die am stärksten betroffenen Stellen sind diejenigen, die während der Mitose durch Polymerase-Cofaktoren markiert wurden und die auch bei einer Deletion von RNAPII unterschiedlich zugänglich sind. Im Gegensatz dazu schien die 3D-Faltung von Chromosomen in asynchronen G1-Zellen im großen Maßstab weniger betroffen zu sein. Allerdings, in Abwesenheit von RNAPII entstanden jedoch mehrere neue und größere CTCF/Kohesin-Loops. Um diese Effekte mechanistisch zu verstehen, werden wir für diese zweite Förderrunde des SPP2202 Micro-C-Daten generieren und verschiedene Szenarien identifizieren, die die Loop-Bildung entlang von Chromosomen beeinflussen. Wir werden Micro-C und „super-resolution“ 3D-SIM-Bildgebung mit epigenetischer Markierungskartierung und drei neuen Zelllinien kombinieren, die so konstruiert sind, dass sie die akute Erschöpfung verschiedener Faktoren ermöglichen, um die folgenden Fragen zu beantworten: (1) Wie kommt es in proliferierenden Zellen im Vergleich zu postmitotischen Zellen zu Veränderungen in der 3D-Architektur des Interphasenchromatins auf Loops-Ebene? (2) Wie orchestriert RNAPII das Laden von Kohesin auf Chromatin nach der Mitose? (3) Spielt das „Bookmarking“ von Transkriptionsfaktoren in diesem Prozess eine Rolle? Letztendlich erwarten wir neue Erkenntnisse darüber, wie der Transkriptionsapparat das Chromatin direkt oder indirekt organisiert. Diese Eingriffsregeln würden es uns ermöglichen, das Konzept der transkriptionsbasierten 3D-Chromatin-Organisation zu überdenken und somit die Rolle von RNAPII bei der Genexpression mit der in der chromosomalen Architektur in Einklang zu bringen.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2202: 3-D-Genomarchitektur in Entwicklung und Krankheit