Entschlüsselung der Funktion der neuen Faktoren Pdp3 und Lem2 in der Regulation von Heterochromatin

• Antragsteller: Professor Dr. Sigurd Braun
• Fachliche Zuordnung: Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung ; Biochemie ; Evolutionäre Zell- und Entwicklungsbiologie der Tiere
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 260011276

Das Genom eukaryotischer Zellen ist in unterschiedliche Chromatinbereiche organisiert. Die funktionelle Aufteilung in transkriptionell aktive (Euchromatin) und repressive Domänen (Heterochromatin) ist für verschiedene zelluläre Funktionen und die Stabilität des Genoms essentiell. Diese Aufteilung ermöglicht die zeitliche Organisation des Genoms, z.B. den zeitlich geregelten Ablauf des genetischen Programms während der Entwicklung. Außerdem korreliert sie mit der topologischen Verteilung des Genoms innerhalb des Zellkerns, z.B. ist Heterochromatin in vielen Organismen an der Peripherie des Zellkerns lokalisiert. Die Ausbildung von Eu- und Heterochromatin ist reversibel und weitgehend unabhängig von der DNA Sequenz. Dennoch kann sie stabil bleiben und vererbt werden (Epigenetik). Zwar konnten bereits Enzyme und strukturelle Komponenten identifiziert werden, die bei der Ausprägung dieser epigenetischen Merkmale involviert sind. Aber die regulatorischen Mechanismen, die diese Faktoren koordinieren, sind kaum verstanden. Wir haben kürzlich durch genetische Screens in der Spalthefe (Schizosaccharomyces pombe) eine Reihe neuer Kandidaten identifiziert, die wahrscheinlich die räumliche Verteilung von Faktoren innerhalb Heterochromatins bzw. dessen Lokalisierung an der nukleären Peripherie regulieren.In diesem Antrag konzentrieren wir uns auf zwei neue Faktoren und deren spezifische Funktion in der Regulation von Heterochromatin: Pdp3 und Lem2. Pdp3 besitzt eine PWWP Domäne und ist Teil eines Histon-Acetyltransferase (HAT)-Komplexes. Unsere unveröffentlichten Daten legen nahe, dass Pdp3 die Aktivität dieses HAT-Komplexes kontrolliert. Wir wollen daher die Hypothese testen, ob Pdp3 zwischen verschiedenen Chromatinregionen mittels seiner Methyl-bindenden PWWP Domäne unterscheidet und somit die räumliche Ausbreitung des HAT-Komplexes innerhalb des Chromatins reguliert. Lem2 dagegen ist ein Kernhüllenprotein mit Homologie zu Lamin-assoziierten Proteinen aus Metazoen. Unsere Daten belegen, dass Lem2 an der Repression verschiedener Heterochromatinbereiche beteiligt ist und redundant mit anderen peripheren Faktoren wirkt. Wir wollen daher die Frage klären, ob und über welchen Mechanismus Lem2 die Verankerung von Heterochromatin an der nukleären Peripherie vermittelt.Diese Arbeiten sollen in S. pombe weitergeführt werden. Dieser Modellorganismus verfügt über wesentliche Kernmerkmale von Heterochromatin höherer Organismen und ist gleichzeitig für funktionelle Genetik, high-throughput-Techniken und genomweite Analysen bestens zugänglich. So sind von diesen Untersuchungen umfassende Einblicke in die molekularen Mechanismen zu erwarrten, wie Heterochromatin in S. pombe kontrolliert und koordiniert wird. Diese mechanistischen Prinzipien könnten mit multizellulären Modellsystemen nur schwerlich untersucht werden, sind aber höchstwahrscheinlich aufgrund der starken evolutionären Konservierung von Heterochromatin auch auf den Menschen übertragbar.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen