Die Rolle von Hox Transkriptionsfaktoren in der zellulären Plastizität

• Antragstellerin: Professorin Dr. Ingrid Lohmann
• Fachliche Zuordnung: Entwicklungsbiologie ; Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 285766387

Mehrzellige Tiere verdanken ihre Komplexität ihrer Fähigkeit, verschiedene Zelltypen bestehen herzustellen und zu erhalten, obwohl alle Zellen dieselbe genomische DNA enthalten. Zellschicksale werden durch Netzwerke von Transkriptionsfaktoren (TFs) gesteuert, die im Kontext des Chromatins wirken, um zelltyp-spezifische transkriptionelle Programme zu aktivieren. Wie TFs unterschiedliche Zellschicksale steuern, ist in der Biologie jedoch noch ungelöst. Hox TFs stellen ein hervorragendes Modell dar, um dieses grundlegende Problem anzugehen, da sie in allen Geweben und Zelltypen entlang der anterior-posterior (AP) Achse von bilateralen Tieren aktiv sind. Unsere vorläufigen Daten zeigen, dass der Hox TF Ubx, neben seiner gut beschriebenen Rolle in der Spezifizierung von regionaler Identität entlang der AP Achse, zudem eine entscheidende Rolle in der Entwicklung und Diversifizierung von Zelltypen besitzet, und dass einer der Mechanismen die zelltyp-spezifische Rekrutierung des Polycomb Komplexes an Ubx Bindestellen zur Unterdrückung alternativer Zellschicksale ist. Unsere Ergebnisse implizieren zudem, dass die Hox-kodierte Einschränkung von zellulärer und temporäre Plastizität essentiell ist, um Zellschicksale für ein gesamtes Leben stabil aufrechtzuerhalten. Eine fundamentale Frage, die sich aus diesen Befunden ergibt, ist, wie sich eine bereits festgelegte Zelllinie ohne Hox Input entwickelt und ob Hox-freie Zellen plastischer sind als Hox-exprimierende Zellen. Wir werden diese Fragen adressieren, indem wir analysieren wie eine Hox-freie Umgebung die Zell- und Gewebe-Entwicklung beeinflusst. Zum diesem Zwecke, werden wir den Hox Kode im mesodermalen Gewebe eliminieren und die Effekte auf dem transkriptionellen und phänotypisch-morphologischen Level charakterisieren. Um die mechanistische Grundlage der Hox basierten Suppression von zellulärer Multipotenz aufzuklären, werden wir genomische Regionen identifizieren, die für die Stabilisierung von Zellschicksalen kritisch sind, da sie in der Abwesenheit von Hox TFs in einen aktivierbaren Zustand versetzt werden. Als konzeptionellen Beweis werden wir Kandidatenregionen selektieren und ihre Funktion in der Stabilisierung von Zellschicksalen testen, indem wir sie zelltyp-spezifisch mittels CRISPR/Cas9 vermittelter Genomeditierung deletieren. Und schließlich werden wir das Entwicklungspotential von Hox-freien und Hox-exprimierenden Zellen vergleichen, um zu testen, ob Hox-freie Zellen plastischer sind und daher einfacher ihre Identität wechseln können, wenn sie stimuliert werden. Zu diesem Zwecke werden wir einen Master-Regulator eines alternativen Zellschicksales in Kontroll- und Hox-freien Zellen exprimieren und ihre phänotypische und molekulare Identität vergleichen.Zusammenfassend ist diese Studie essentiell, um die mechanistische Grundlage der Hox-kodierten Stabilisierung von Zellschicksalen aufzuklären, was sich als hoch-relevant für die Anwendung von Reprogrammierungs-Strategien herausstellen könnte.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen