Die Rolle transkriptionsabhängiger DNS Superspiralisierung bei der Koordinierung zeitlicher Genexpression.

• Antragsteller: Dr. Patrick Sobetzko
• Fachliche Zuordnung: Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung ; Bioinformatik und Theoretische Biologie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 280617007

Das Verständnis von Konzepten der Genregulation und der Genomarchitektur ist von zentraler Bedeutung für die Planung künstlicher Chromosomen für industrielle Zwecke.Im Moment bricht ein neues Zeitalter an, in dem uns der Übergang von der Grundlagenforschung zur Entwicklung künstlicher Chromosomen möglich ist.Die Technologien zur Sequenzkonstruktion stehen bereits zur Verfügung, das evolutionär optimierte Zusammenspiel von Genen ist jedoch weitgehend nicht verstanden.Jüngste Studien haben gezeigt, dass das Einfügen eines Genes in ein urspüngliches Chromosom abhängig von der Position zu starken Genexpressionsveränderungen sowohl beim eingefügten Gen als auch bei den umgebenden Genen führt.Für die Neukonstruktion eines Chromosoms ist es daher wichtig die Quellen solcher Nachbarschaftsabhängigkeiten zu verstehen.In diesem Antrag stellen wir bemerkenswerte Ergebnisse vor die besagen, dass Transkriptionsaktivität eine Hauptquelle von Positionseffekten ist.Wärend der Transkription erzeugt die RNS-Polymerase innerhalb der DNS Helix eine Torsionsspannung die transkriptionsabhängige DNA-Superspiralisierung (TCDS) genannt wird.Für einzelne Gene wurde bereits gezeigt, dass TCDS die Expression von benachbarten Genen beeinflusst.Wir können zeigen, dass die Anordnung der Gene im gesammten E.coli Chromosom von TCDS und der Empfindlichkeit der Gene gegenüber TCDS bestimmt wird.Die globale Rolle von TCDS eröffnet neue Perspektiven Genregulation zu verstehen wird es uns ermöglichen künstliche genregulatorische Schaltkreise mittels spezieller Genanordnungen zu erzeugen.Wir schlagen daher eine umfassende Untersuchung der TCDS vermittelten Genregulation im Modelorganismus E.coli vor.Unser Plan sieht vor das Problem auf verschiedenen Organisationsebenen anzugehen.Auf einer globalen Ebene werden wir die Abhängigkeiten der Transkriptionsaktivität benachbarter Gene mittels modernster zeitaufgelöster Genexpressionsdaten untersuchen.Mit Hilfe dieser Daten werden wir ein TCDS Netzwerk lokaler Genexpressionsabhängigkeiten erstellen und seine Struktur untersuchen.Darüber hinaus haben wir vor das TCDS Netzwerk mit dem klassischen regulatorischen Netzwerk, bestehend aus Regulator-Zielgen Verknüpfungen, zu verbinden.Unsere vorläufigen Daten legen eine Verbindung der Netzwerke über die Sensitivität der Regulatoren und ihrer Zielgene gegenüber Veränderungen der Superspiralisierung nahe.Für ein tieferes Verständnis lokaler Interaktionen einzelner Gene werden wir die Genexpression von Genanordnungen aus dem E.coli Chromosom untersuchen, ihre Anordnung verändern und die Effekte mit unseren Modellen vergleichen.Wir sind überzeugt, dass wir mit dem lokalen und globalen Ansatz genaueres über die Komplexität von TCDS erfahren werden.Da TCDS auf grundlegenden Prozessen beruht, die in jedem Organismus vorhanden sind, sind wir sehr optimitisch wichtige Erkenntnisse zu gewinnen, die weit über den Modelorganismus E.coli hinausgehen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen