Circadiane Chromatinlandschaft und Identifizierung neuer Transkriptionsregulatoren der circadianen Uhr

• Antragsteller: Professor Dr. Achim Kramer
• Fachliche Zuordnung: Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung ; Biochemie ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 532624261

Circadiane (~24 Stunden) Uhren sind molekulare Oszillatoren, die in fast allen Säugetierzellen vorhanden sind und tägliche Veränderungen in Physiologie, Stoffwechsel und Verhalten steuern. Falsch eingestellte oder gestörte Uhren sind in der modernen Gesellschaft weit verbreitet und werden mit vielen weit verbreiteten Krankheiten wie Stoffwechselstörungen, Krebs, psychiatrischen Störungen und Herz-Kreislauf-Erkrankungen in Verbindung gebracht. Daher ist die Erforschung der Mechanismen, die für kohärente circadiane Rhythmen mit großer Amplitude und korrekter Phasenlage in Säugetierzellen sorgen, von entscheidender Bedeutung für das Verständnis der pathophysiologischen Mechanismen im Zusammenhang mit gestörten circadianen Uhren. Im Zentrum des molekularen Oszillators steht die circadiane Regulierung der Gentranskription. In früheren Studien wurden Uhrproteinkomplexe identifiziert, die mit der Transkriptionsmaschinerie interagieren, um circadiane Rhythmen der Transkription zu steuern. Vor allem aufgrund technologischer Einschränkungen konzentrierten sich diese Studien auf einige wenige Regulatoren und ließen viele Lücken in unserem Verständnis der circadianen Transkriptionsdynamik. Mit den jüngsten Fortschritten in der quantitativen genomischen, ortsspezifischen Proteomik besteht nun die Möglichkeit, diese Einschränkungen zu überwinden. In Vorarbeiten haben wir eine neuartige genomische Locus-Proteomik-Methode erfolgreich angepasst und validiert, um die tageszeitabhängige Veränderung der Proteinbindung an eine Schlüsselregion der circadianen Transkription (d.h. E-Box Enhancer) zu untersuchen. Kurz gesagt, die katalytisch inaktive RNA-gesteuerte Nuklease CAS9 (dCAS9) ist mit der Ascorbatperoxidase APEX2 fusioniert. Einzelne Leit-RNAs steuern diesen Komplex zu einem bestimmten Ort im Genom, wo APEX2 aktiviert wird, um Proteine in seiner Nähe zu biotinylieren. Die biotinylierten Proteine werden gereinigt und mittels Massenspektrometrie analysiert. Mit dieser neuen Technologie wollen wir (i) die erste umfassende und unvoreingenommene Charakterisierung der circadianen Proteine liefern, die die circadiane Genexpression regulieren, und (ii) neue Transkriptionsregulatoren identifizieren, die für die circadiane Dynamik entscheidend sind. Von besonderem Interesse sind dabei diejenigen Regulatoren, die die circadiane Maschinerie mit anderen wichtigen zellulären Mechanismen (z.B. Zellzyklus, Zell-Zell-Kommunikation usw.) verbinden. Insgesamt wird dieses Projekt neue Informationen über den Mechanismus der circadianen Oszillatorfunktion liefern und damit die Grundlage für die Identifizierung neuer Angriffspunkte für die Entwicklung besserer Behandlungsstrategien für mit der circadianen Uhr zusammenhängende Störungen schaffen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen