Molekulare Basis der Funktion von Pionier-Transkriptionsfaktoren in der Blütenentwicklung

• Antragstellerin: Professorin Dr. Kerstin Kaufmann
• Fachliche Zuordnung: Zell- und Entwicklungsbiologie der Pflanzen
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 316736798

Die Initiation neuer Entwicklungsprogramme in vielzelligen Organismen erfordert bedeutende Änderungen in Genaktivität und Chromatinstruktur. Masterregulatorische Transkriptionsfaktoren können die Expression vieler Gene in der Entwicklung verändern. Die molekularen Wirkmechanismen solcher Regulatoren sind noch nicht gut erforscht. Masterregulatorische Transkriptionsfaktoren kontrollieren den Beginn der Blütenentwicklung in Pflanzen, welcher einen bedeutenden Entwicklungsschritt darstellt, verbunden mit der Aktivierung geschlossener Chromatinregionen. Der Transkriptionsfaktor LEAFY (LFY) spielt eine zentrale Rolle im Übergang vom vegetativen zum reproduktiven Wachstum und in der Differenzierung des Blütenmeristems. Unsere Strukturanalysen weisen darauf hin, dass LFY eine Oligomerisierungsdomäne besitzt, welche es dem Faktor ermöglicht, an geschlossene Chromatinregionen zu binden. Zwei Transkriptionsfaktoren der MADS-box-Familie, APETALA1 (AP1) und SEPALLATA3 (SEP3), bilden tetramerische Komplexe und sind Schlüsselregulatoren der Blüteninitiation und -differenzierung. Wir konnten anhand genomweiter In vivo-Analysen zeigen, dass Bindung dieser Faktoren die Chromatinöffnung an ihren Bindestellen im Genom direkt oder indirekt fördert. Diese Ergebnisse legen nahe, dass LFY, AP1 und SEP3 als sogenannte Pionierfaktoren agieren, welche die Expression ihrer Zielgene durch Änderungen der Chromatinstruktur kontrollieren können. Mit Hilfe integrierter experimenteller Ansätze in Pflanzen und in vitro werden im Rahmen dieses Projekts die molekularen Mechanismen der Funktionsweise von LFY, AP1 und SEP3 im Detail charakterisiert. Die Kombination biochemischer und krystallographischer Methoden sowie Rasterkraftmikroskopie wird die Grundlagen der Interaktionen dieser Transkriptionsfaktoren mit Nukleosomen und Nukleosom-Remodellern aufklären. Anhand der Ergebnisse dieser Analysen werden Transkriptionsfaktormutanten mit verändertem Proteininteraktionspotential für In vivo-Studien erzeugt. Eine Serie genomweiter Analysen, beispielsweise DNAseI-seq und MNase-seq, wird zeigen wie die Transkriptionsfaktoren in vivo mit Chromatin interagieren. Mit Hilfe von Chromatinimmunopräzipitation gefolgt von Sequenzierung (ChIP-seq) werden genomweit die Bindestellen von LFY, SEP3 und AP1 sowie ihrer mutanten Versionen bestimmt. Diese Studien werden die molekularen Bedingungen für die Funktion dieser Transkriptionsfaktoren im Chromatinkontext klären. Weiterhin werden die potentiellen Effekte der Oligomerisierung der Transkriptionsfaktoren auf die dreidimensionale Chromatinstruktur durch Chromatin Conformation Capture (3C)-basierten Methoden ermittelt. Mit Hilfe von sich ergänzenden experimentellen Ansätzen wird dieses Projekt Funktionsmodelle dieser zentralen Transkriptionsfaktoren erstellen. Ein wichtiges Resultat dieses Projekts ist außerdem die Entwicklung eines experimentellen Toolkits zur Charakterisierung von eukaryotischen TF-Funktionen im Chromatinkontext.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Partnerorganisation: Agence Nationale de la Recherche / The French National Research Agency
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Dr. Francois Parcy; Privatdozentin Dr. Chloe Zubieta