Mechanistische Charakterisierung der Poised Enhancer Funktion während der Induktion von wichtigen anterior-neuralen regulatorischen Regionen mithilfe eines in vivo und in vitro Entwicklungsmodells.

• Antragsteller: Dr. Alvaro Rada-Iglesias
• Fachliche Zuordnung: Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung ; Entwicklungsbiologie ; Evolutionäre Zell- und Entwicklungsbiologie der Tiere
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 251811628

Bisher identifizierten wir „Poised Enhancer“ in humanen embryonalen Stammzellen (hESC) als eine begrenzte Reihe cis-regulatorischer Sequenzen, die sich durch eine einzigartige Signatur ausweisen. Diese beinhaltet die Bindung durch den Koaktivator p300 und die Anreicherung von H3K27me3, einer Histonmodifikation, die von Proteinen der Polycomb-Gruppe herbeigeführt wird. Ursprünglich schlugen wir vor, dass die Chromatinsignatur der Poised Enhancer ebendiese Sequenzen in pluripotenten Zellen mit einem Lesezeichen versehen könnten, um ihre zeitliche Aktivierung bei der Differenzierung von ESC zu unterstützen. Die funktionelle Bedeutung der Poised Enhancer wurde allerdings nur von korrelierenden Beobachtungen unterstützt. Unter Verwendung von Maus-ESC als genetisch lenkbares Modell haben wir nun genetische Deletionen benutzt, um zu zeigen, dass Poised Enhancer für die Induktion von wichtigen anterior-neuralen Regulatoren notwendig sind. Interessanterweise stellen Poised Enhancer, abhängig vom Polycomb Repressive Complex 2 (PRC2), bereits in ESC physischen Kontakt mit ihren Zielgenen her. Verlust von PRC2 führte in undifferenzierten ESC weder zu einer Aktivierung von Poised Enhancern, noch zu einer Induktion der vermeintlichen Zielgene. Im Gegensatz dazu beeinträchtigt der Verlust von PRC2 schwerwiegend und spezifisch die Induktion von wichtigen anterior-neuralen Genen als Vertreter für Ziele der Poised Enhancer. Demzufolge beleuchtet unsere aktuelle Arbeit eine neue Funktion für Polycomb Proteine, für die wir vorschlagen, dass sie die neurale induktion unterstützen, indem sie wichtige anterior-neurale Regionen mit einer zugänglichen regulatorischen Topologie versehen.Wir schlagen verschiedene Experimente zur Aufklärung der beiden wichtigen offenen Fragen zu Poised Enhancer vor: i) Sind Poised Enhancer funktional bedeutend in vivo? II) Was sind die Mechanismen durch die Poised Enhancers während der Entstehung der anterior-neuralen Identität aktiviert werden?Um die erste Frage zu beantworten werden wir evaluieren, ob die einzigartige Chromatineigenschaft der Poised Enhancer auch in pluripotenten Zellen in vivo vorhanden ist. Des Weiteren werden wir Mausembryonen mit deletierten Poised Enhancern generieren, um zu bestimmen, ob diese regulatorischen Sequenzen für die Aktivierung ihrer Zielgene, und damit der Vorderhirn-Entwicklung wichtig sind. Schließlich werden wir die Rolle von ZIC2 als neuartigen Mediator zur Aktivierung von Poised Enhancern während der Entstehung der anterior-neuralen Identität untersuchen. Dies könnte wichtige Erkenntnisse über den Kontrollmechanismus der regulatorischen Aktivität von Poised Enhancern liefern. Insgesamt wird die vorliegende Arbeit die Bedeutung von Poised Enhancer als Regulatoren der anterior-neural Gene schlüssig aufklären und dabei potentielle genetische und epigenetische Kontrollmechanismen der Neuralinduktion beleuchten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen