Aufklärung der Rolle von Hox Transkriptionsfaktoren im Chromatin-Kontext

• Antragstellerin: Professorin Dr. Ingrid Lohmann
• Fachliche Zuordnung: Entwicklungsbiologie ; Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 454747909

Viele Transkriptionsfaktoren (TFs) sind in mehreren Zelltypen exprimiert, kontrollieren jedoch in den diversen zellulären Umgebungen unterschiedliche transkriptionelle Programme mit höchster Präzision. Ein sehr bekanntes Beispiel für solch breit exprimierte aber spezifisch agierende TFs sind die Hox Proteine. Eine besonders faszinierende Eigenschaft von Hox TFs ist ihre Fähigkeit, die regionale Identität von Zellen, die entlang der anterior-posterioren Achse sehr stark epigenetisch kontrolliert ist, umzuprogrammieren. Dieses Verhalten legt die Vermutung nahe, dass Hox Proteine die Öffnung des Chromatins induzieren können, und damit Genexpressions-Programme, die in unterschiedlichen Gewebe- und Zelltypen aktiv sind, an die regionalen Anforderungen anzupassen. Unseren jüngsten Studien haben gezeigt, dass der Hox TF Ubx in einer Gewebe-spezifischen Art und Weise mit Komponenten des Brahma Chromatin-Remodelling Komplexes interagiert. Zudem ist bekannt, dass Hox TFs an offenes und geschlossenes Chromatin binden können. Darauf aufbauend werden wir nun die Möglichkeit erforschen, dass Hox TFs das Chromatin „pionieren“, und dazu insbesondere mit niedrig-affinen DNA Motiven auf Nukleosomen interagieren. Zudem postulieren wir, dass generelle Genexpressions-Programme, die in den unterschiedlichen Gewebe- und Zelltypen aktiv sind, an die regionalen Bedürfnisse durch die Interaktion von Hox TFs mit spezifisch exprimierten (Pionier) TFs angepasst werden. Um unsere Hypothesen rigoros zu testen, werden wir die Modalitäten der Hox Bindung, die Sequenz Voraussetzungen und die funktionelle Interaktion mit andere (Pionier) TFs auflösen. Zu diesem Zweck werden wir aktuelle genomische Techniken anwenden, die uns erlauben werden, gleichzeitig die Chromatinbindung von TFs und die lokale Chromatin Umgebung in vivo zu überprüfen, ohne TF Bindestellen vorhersagen zu müssen. Diese Experimente werden mit biochemischen und genetischen Ansätzen komplementiert. Wir werden Ubx und seine Gewebe-spezifischen Interaktionspartner Tin und Grh sowie den generellen Interaktionspartner Exd, der die Bindung von Hox Proteinen an geschlossenes Chromatin erhöht, als Modelle verwenden, und werden ihre Rolle in der Öffnung des Chromatins mittels in vitro, in cellulo und in vivo Ansätzen studieren. Zusammengefasst wird dieses Projekt instrumentell sein, ein großes Rätsel der Entwicklungsbiologie zu lösen, wie nämlich Hox TFs hoch-spezifisch die regionale Identität von Zellen bestimmen können während sie gleichzeitig generelle Funktionen in der Stabilisierung von Zell- und Gewebe-Schicksalen ausüben.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen