Passive Regulation der Genexpression

• Antragsteller: Dr. Daniel Schindler
• Fachliche Zuordnung: Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung ; Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 544898874

Die DNA, der grundlegende Träger der genetischen Information, bildet eine antiparallele Helixstruktur, die Gene sowohl auf dem Vorwärts- als auch auf dem Rückwärtsstrang enthält. RNA-Polymerasen (RNAP) führen die Transkription der genetischen Information von der DNA in die RNA durch, wobei verschiedene Arten von RNA entstehen - nicht codierende RNA (ncRNA) und Boten-RNA (mRNA), die für die Proteinsynthese unerlässlich sind. Der Transkriptionsprozess, der von drei eukaryotischen RNAP-Typen durchgeführt wird, erzeugt hauptsächlich rRNA (RNAPI), mRNA (RNAPII) und tRNA (RNAPIII). Während die Genexpression aktiv durch Transkriptionsfaktoren und die einzigartige räumliche Verteilung der DNA im Zellkern reguliert wird, führt die aktive Transkription von Genen zu einem Supercoiling der DNA-Helix. Supercoiling, also das Über- und Unterwinden der DNA, ist ein Nebenprodukt der Transkription. Die Auflösung des Supercoiling durch Topoisomerasen ist in allen lebenden Zellen dokumentiert und umfasst mehrere spezialisierte und konservierte Enzyme. In diesem Projekt soll die Rolle der passiven Regulierung der Genexpression untersucht werden, wobei der Schwerpunkt auf biophysikalischen Mechanismen, insbesondere dem DNA-Supercoiling, liegt. Jüngste Studien in Bakterien deuten darauf hin, dass die DNA Kräfte über lange Strecken übermitteln kann und dadurch andere Gene beeinflussen kann. Unser Ziel ist es, die Auswirkungen benachbarter Gene aufeinander in eukaryotischen Genomen zu messen und so das Phänomen der "passiven Regulierung" zu entschlüsseln. Diese Forschung hat Auswirkungen auf die Entstehung von Krankheiten und liefert Erkenntnisse für biotechnologische Anwendungen. Das Projekt verfolgt einen interdisziplinären Ansatz und verbindet molekulare und synthetische Biologie mit mathematischer Modellierung und Biophysik auf lokaler und globaler Ebene. Während Hefe als anfängliches Modellsystem dienen wird, sollen die Ergebnisse in einer späteren Phase des Projekts auf menschliche Zelllinien übertragen werden. An der Zusammenarbeit sind das Institut für Biochemie und Biophysik, PAS in Warschau, und das Max-Planck-Institut für terrestrische Mikrobiologie, MPG in Marburg, beteiligt. Das übergeordnete Ziel ist die Aufklärung und Vorhersage der molekularen Mechanismen, die der passiven Regulierung durch Transkription zugrunde liegen, und ein umfassendes Verständnis ihrer Auswirkungen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Polen
• Kooperationspartner: Professor Tomasz Turowski, Ph.D.