Von Proteinen des Kernporenkomplexes gesteuerte 3D-Kernarchitektur in der neuronalen Entwicklung und bei Krankheiten

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Dr. Anna Poetsch; Professor Dr. Tomohisa Toda, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung ; Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 507965872

3D-Chromatin-Organisation ist die Grundlage für linienspezifische Genexpression in der Neuronalentwicklung und von großer Bedeutung für die Stabilität des Genoms während dieses Prozesses. Sowohl Genexpression als auch Stabilität werden durch nukleare Strukturproteine wie den Kernporenkomplex beeinflusst. Jüngste Studien und unsere Pilotdaten deuten darauf hin, dass Proteine des Kernporenkomplexes (Nups) direkt oder indirekt mit Chromatin interagieren und ein strukturelles Gerüst für epigenetische Regulatoren, Transkriptionsfaktoren und DNA-Reparatur bereitstellen. Darüber hinaus interagiert Nup153, eines der Nups, mit dem CTCF/Kohäsionskomplex um möglicherweise Topologie-assoziierte Domänen (TAD) zu organisieren. Unsere vorläufigen Genomanalysen unterstreichen, dass Nup153 anscheinend eine wichtige Rolle bei der topologischen und direktionalen Genregulation spielt. Zusammengenommen, häufen sich Hinweise, dass die Poren ein Gleichgewicht zwischen Genregulation und Genomstabilität herstellen. Dennoch sind die kausalen Beziehungen zwischen den akkumulierten Schäden an Nups, den Mechanismen hinter der von Nups gesteuerten 3D-Genomarchitektur und ihren Auswirkungen auf die Regulierung und die Instabilität des Genoms noch weitgehend ungeklärt, insbesondere in Nervenzellen. In dem vorgeschlagenen Projekt werden wir durch die Kombination interdisziplinärer Expertise untersuchen, 1) wie die 3D-Genomorganisation an den Kernporen während der neuronalen Differenzierung reorganisiert wird, 2) inwieweit eine Störung der Nups zu einer Desorganisation der 3D-Chromatinorganisation führt, 3) wie das räumliche Verhältnis zwischen Genominstabilität und Nups-gesteuerter 3D-Kernarchitektur ist. Das Verständnis der räumlich-zeitlichen Mechanismen, die der Organisation der 3D-Genomarchitektur an der Kernpore zugrunde liegen, ist von entscheidender Bedeutung, um zu enträtseln, wie zelltypspezifische epigenetische Programme aufrechterhalten werden und gleichzeitig die Stabilität erhalten bleibt. Eine Deregulierung dieser Mechanismen kann zu einer gestörten Neuroentwicklung mit Krebs und neurologischen Entwicklungsstörungen als möglichen Folgen führen. Zu diesem Zweck werden wir am Beispiel von Nervenzellen in verschiedenen Entwicklungsstadien Multi-omics-Ansätze anwenden, um die Beziehungen zwischen den vielschichtigen epigenetischen Merkmalen rund um die Kernporen zu entschlüsseln. Durch die Integration von HiChIP, ChIP-seq, ATAC-seq, AP-seq und END-seq werden wir Veränderungen der Kernarchitektur an Kernporen in 3D-Chromatin-Interaktionen, Bindung von epigenetischen Regulatoren, Chromatin-Zugänglichkeit und DNA-Schäden bei Differenzierung und Verlust von Nup153 charakterisieren. Wir werden auch die räumliche Beziehung zwischen den festgestellten Veränderungen in der Chromatinarchitektur und Genommutationen bei Krebs und neurologischen Entwicklungsstörungen untersuchen. Die Analysen werden das Risiko einer genomischen Verwundbarkeit in Verbindung mit Kernporen aufdecke

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