H2AQ105 Methylierung, molekularer Mechanismus einer neuen Histonmodifikation

• Antragsteller: Professor Dr. Peter Tessarz
• Fachliche Zuordnung: Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung ; Biochemie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 326677350

Wir haben kürzlich Glutaminmethylierung von Histon H2A (hier bezeichnet als Qme) als neuartige Histon-Modifikation beschrieben (Tessarz et al., Nature 2014). Diese Modifikation ist ausschließlich im Nukleolus über der Transkriptionseinheit der rDNA lokalisiert. Mehrere unabhängige Ergebnisse deuten darauf hin, dass diese Histonmodifikation die erste ist, die spezifisch einer einzigen Polymerase gewidmet ist, RNA-Polymerase I. Dieser Befund wird von einem kürzlich veröffentlichten Bericht unterstützt, in dem die wichtigsten Ergebnisse unserer Arbeiten in Pflanzen reproduziert wurden (Loza -Muller et al., Front. Plant. Sci. 2015). Unser gegenwärtiges Arbeitsmodell besagt, dass Qme den Wiedereinbau von Nuklesosomen nach der Passage von RNA Polymerase I beeinflußt, indem es das Histonchaperon FACT negativ reguliert. Jetzt haben wir quantitative Massenspektrometrie benutzt und konnten zeigen, dass das SSU (small subunit processome) an Qme bindet. Dieser Proteinkomplex ist für die ersten Schritte der pre-rRNA Prozessierung erforderlich. Dieser Befund wird von RNA-Seq Daten unterstützt, in dem wir einen Wildtyp mit eine H2AQ105A exprimierenden Mutante verglichen haben. Dabei wird eine spezifisch Deregulierung von Transkripten beobachtet, die bei der Ribosomenbiogenese beteiligt sind. Aufbauend auf die MS-Daten und mit Hilfe rekombinanter Protein konnten wir zeigen, dass Nhp2 direkt an methyliertes Glutamin bindet. Nhp2 ist eine Kernkomponente eines H/ACA snoRNA-enthaltenen Pseudouridinylierungs-Komplex, der Uridin zu Pseudouridin innerhalb der rRNA umwandelt. Diese Modifikation ist wichtig für die Genauigeit der Translation. Weiterhin zeigen wir Ergebnisse, dass sich die Mengen von Qme innerhalb des Zellzyklus verändern, und dass die Methylierung von einer weiteren Histonmodifikation abhängt, H3K56 Acetylierung. In diesem Projekt werden wir an Hand dieser vorläufigen Daten Antworten auf die folgenden offenen Fragen suchen: i) wie wird die Spezifität der Qme Bindung durch Nhp2 vermittelt und dient dies zur Rekrutierung des gesamten Pseudouridinylierungs-Komplex zur rDNA, ii) wie beeinflußt H3K56 Acetylierung die Methylierung von H2AQ105 und in welche biologischen Signalwege ist dieser Vorgang eingebunden, und iii) wie moduliert die Methylierung von H2AQ105 die Histonchaperon-Aktivität von FACT auf molekularer Basis?

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen