Tet2-abhängige Prozessierung von 5-Methylcytosin und die Aufrechterhaltung von aktiven höher geordneten Strukturen während der Differenzierung.

• Antragsteller: Dr. Achim Breiling
• Fachliche Zuordnung: Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 233693164

Zelltypspezifische Differenzierungsvorgänge werden von umfangreichen Veränderungen des Epige-noms begleitet, was zur Stilllegung stammzellspezifischer Faktoren und Regulatoren anderer Linien, und zur Aufrechterhaltung des aktivierten Zustands zelllinienspezifischer Gene führt. Ein gut unter-suchter Genkomplex ist der Hoxa-Cluster der Säuger, der in undifferenzierten pluripotenten Zellen stillgelegt ist, dann aber während der Entwicklung zelltypspezifisch und räumlich-zeitlich koordiniert aktiviert wird. Der reprimierte Cluster zeichnet sich durch stammzellspezifische bivalente Chromatin-strukturen und methylierten CpG-reichen Regionen aus. Wir haben den humanen HOXA-Cluster als Modellsystem gewählt, um Veränderungen der DNA-Modifizierungsmuster während der Retinsäure-induzierten Differenzierung zu verfolgen und konnten zeigen, dass der dabei aktivierte Abschnitt des Clusters mit 5-Hydroxymethylcytosin (5hmC) markiert ist. Gleichzeitig kommt es zu einer Abnahme von 5-Methylcytosin (5mC). Interessanterweise folgt diese 5mC-5hmC-Konvertierung dem colinearen Aktivierungsmuster des HOXA. 5mC kann durch die Proteine der TET-Familie (Ten-Eleven-Translocation) in 5hmC umgewandelt werden, das dann entweder direkt an der Aufrechterhaltung der aktivierten Transkription beteiligt ist, oder eine Zwischenstufe eines Demethylierungsweges darstellt. Indem wir TET2 in pluripotenten EC-Zellen (embryonal carcinoma) depletiert, bzw. Gewebeproben von Tet2-/--Mäusen untersucht haben, fanden wir, dass die Aufrechterhaltung des aktivierten Zustandes des Clusters gestört war. Dies lässt vermuten, dass die spezifische Umwandlung von 5mC zu 5hmC durch Tet2 eine wichtige Rolle bei der Erhaltung von aktiven Chromatinzuständen spielt.In den in vorgeschlagenen Experimenten werden wir die Rolle von 5hmC während der Differenzierung weiter untersuchen, insbesondere potentielle Prozessierungswege, die schließlich zu unmethyliertem Cytosin führen. Ein wichtiges Ziel wird es sein die gewebsspezifischen Unterschiede der in Säugern gemessenen 5hmC- bzw. Tet2-Mengen zu verstehen. Dazu werden wir untersuchen, ob 5hmC während der induzierten Differenzierung von EC-Zellen und in verschiedenen differenzierten Mausgeweben weiter prozessiert wird. Um die Funktion der 5mC-5hmC-Konvertierung für die Aufrechterhaltung des aktiven Zustands des Hoxa besser zu verstehen, werden wir des Weiteren untersuchen, ob die stabile Hoxa-Expression während der murinen Hämatopoese und differenzierungsspezifische Änderungen höhergeordneter DNA-Strukturen des Clusters von der durch Tet2 katalysierten Oxidation von 5mC zu 5hmC abhängt. Die Resultate der Experimente werden zeigen, ob die längerfristige Stabilisierung aktiver Expressionszustände entwicklungsspezifischer Selektorgene von der Tet-gesteuerten Umwandlung von 5mC zu 5hmC abhängt und ob 5hmC als selbstständige epigenetische Markierung dient, oder nur ein Zwischenprodukt eines sich anschließenden Demethylierungsweges dartsellt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen