Mechanismen der zellzyklusabhängigen Transkriptionsregulation durch MuvB-Komplexe

• Antragsteller: Professor Dr. Kurt Engeland, seit 1/2023
• Fachliche Zuordnung: Zellbiologie ; Biochemie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 277046125

Die differentielle Genexpression spielt eine zentrale Rolle bei der Kontrolle des Zellzyklus. Zahlreiche Gene, deren Produkte die Übergänge zwischen den S-, G2- und M-Phasen regulieren, werden in ruhenden Zellen und während der frühen Zellzyklusphasen reprimiert und später im Zellzyklus aktiviert. Fehlregulationen können dabei zu zellulären Defekten und onkogener Transformation führen. Während die Regulation von S-Phase-Genen durch RB/E2F-Komplexe intensiv untersucht wurde, sind viele Mechanismen der transkriptionellen Regulation von G2/M-Genen noch unbekannt und sollen in dem vorgeschlagenen Projekt analysiert werden. Wir konnten bereits zeigen, dass CHR-Promotorelemente bei der zellzyklusabhängigen Regulation von G2/M-Genen eine zentrale Rolle spielen und dass die MuvB-Komplexe DREAM, MMB und FOXM1-MuvB mit diesen Bindungsstellen interagieren. Die MuvB-Komplexe bestehen aus dem MuvB-Kern mit den Proteinen LIN9, LIN37, LIN52, LIN54 und RBBP4. Während der unterschiedlichen Zellzyklusphasen interagiert der MuvB-Kern mit verschiedenen Proteinen, so dass MuvB-Komplexe als Repressoren in G0/G1 oder als Aktivatoren in G2 und M wirken. Der reprimierende Komplex DREAM besteht aus dem MuvB-Kern und E2F4, DP1 und p130. Schreitet der Zellzyklus voran, werden E2F4/DP1/p130 durch B-MYB und später durch FOXM1 ersetzt. Diese aktivierenden Komplexe werden als MYB-MuvB (MMB) bzw. FOXM1-MuvB bezeichnet. Welche Proteine in den Komplexen mit welchen DNA-Bindungsstellen interagieren, ist weitgehend unklar. MuvB-Komplexe beinhalten vier potentiell DNA-bindende Komponenten: E2F4/DP1 können mit E2F-Elementen interagieren, B-MYB und FOXM1 mit Myb- bzw. Forkhead-Bindungsstellen sowie LIN54 mit CHR-Elementen. Unsere bioinformatischen Analysen haben jedoch gezeigt, dass in MuvB-Zielgenen nur E2F- und CHR-Elemente stark angereichert sind. Mit den vorgeschlagenen Arbeiten soll geklärt werden, wie genau die drei MuvB-Komplexe die Zielgen-DNA binden. Durch Überexpression von DNA-bindungsdefizienten MuvB-Komplex-Komponenten und genomweiten ChIP- und mRNA-Analysen werde ich testen, ob der Verlust spezifischer DNA-Bindungsdomänen einen Einfluss auf das Bindungsverhalten der Gesamtkomplexe und die Genregulation hat. Weiterhin werde ich untersuchen, wie MuvB-Komplexe die Aktivität von Genen durch Modifikation des Chromatins regulieren. Ich werde an verschiedenen Promotoren durch Einsatz der TALEN- bzw. CRISPR/Cas9-Techniken Bindungsstellen der MuvB-Komplexe zerstören und den Einfluss dieser Veränderungen auf die Rekrutierung von chromatinmodifizierenden Enzymen, die Chromatinstruktur und die zellzyklusabhängige Genexpression untersuchen. Mit diesen Experimenten werde ich zum ersten Mal die Funktion von CHR-Elementen in ihrem chromosomalen Kontext untersuchen. Die vorgeschlagenen Analysen sollen grundlegende Fragen zur Funktionsweise von DREAM, MMB und FOXM1-MuvB klären. Die Resultate werden dazu beitragen, zentrale Mechanismen der Zellzyklusregulation besser zu verstehen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemaliger Antragsteller: Dr. Gerd Müller, bis 12/2022