Whole genome profiling to identify the direct targets of plant Polycomb-group proteins
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Umfangreiche Forschung der letzten Jahre konnte die Erkenntnisse über die Regulation von Ziel Genen durch die Modulation der Chromatin Struktur vertiefen. Dabei spielt die mit der dreifach Methylierung des Lysin 27 am Histon H3 (H3K27me3) verbundene Repremierung von Ziel Genen durch den zwischen dem Tier- und Pflanzenreich hoch konservierten Polycomb Repressive Complex 2 (PRC2) eine entscheidende Rolle. Mit Hilfe eines ChIP-chip Ansatzes konnten wir zeigen, dass die Zahl der PRC2 regulierten Gene mit über 4000 deutlich höher liegt als bisher für das Tierreich beschrieben. Unsere Ergebnisse wurden im Rahmen späterer Veröffentlichungen anderer Arbeitsgruppen bestätigt. Die Resultate der Genom weiten H3K27me3 Verteilung wurden auf einer Webseite öffentlich zugänglich gemacht (http://epigenomics.mcdb.ucla.edu/H3K27m3/). Sie zeigen, dass H3K27me3 Methylierung in Arabidopsis auf die Exon- und Intronstrukturen einzelner Gene beschränkt, nicht aber, wie in der Fruchtfliege Drosophila gezeigt, sich über bis zu 20 kb ausdehnt. Weitere Experimente werden zeigen müssen, ob dies auf unterschiedliche Mechanismen bei der Ausbreitung der H3K27me3 Modifikation zurück zu führen ist. Durch bioinformatische Untersuchungen konnte weiterhin festgestellt werden, dass entwicklungsspezifische Regulatoren im Datensatz überrepräsentiert sind. Im Labor vorhandene clf-28 swn-7 Expressionsdaten zeigen, dass vorhergesagte Ziel Gene tatsächlich überexpremiert sind. Die Analyse von GUS Reporter Linien der neuen Ziel Gene AP1, PI und FUS3 zeigen eine Überexpression in clf-28 swn-7 Mutanten. Dabei wurde im Fall von AP1 und PI lediglich eine Überexpression in einigen Geweben, nicht aber in allen gefunden. Dies deutet darauf hin, dass ein Verlust des repremierenden H3K27me3 in allen Geweben nicht zwingend zu einer Fehlexpremierung in allen Geweben resultiert. Durch Gen Ontologie Programme konnte eine größere Zahl potentieller Ziel Gene bestimmt werden. Diese zeichnen sich dadurch aus, dass sie H3K27me3 Methylierung tragen und mindestens 10-fach überexpremiert sind in clf-28 swn-7. Entsprechende T-DNS Insertionslinien wurden mit clf-28 swn-7 gekreuzt. Momentan werden Mehrfachmutanten isoliert und sollen in naher Zukunft Phänotypisch untersucht werden. Dies wird dazu beitragen zu verstehen, wie die Regulation der Gen Expression durch Histonmethylierung relativ zu anderen, besser beschriebenen Regulationsmechanismen, einzuordnen ist.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Different Polycomb group complexes regulate common target genes in Arabidopsis. EMBO Rep. 2006 Sep;7(9):947-52. Epub 2006 Jul 28
Makarevich G, Leroy O, Akinci U, Schubert D, Clarenz O, Goodrich J, Grossniklaus U, Köhler C
- Whole-genome analysis of histone H3 lysine 27 trimethylation in Arabidopsis. PloS Biol. 2007 May;5(5):e129
Zhang X, Clarenz O, Cokus S, Bernatavichute YV, Pellegrini M, Goodrich J, Jacobsen SE
