Die molekularen Mechanismen bei der direkten Reprogrammierung von Fibroblasten zu Trophoblast-Stammzellen

• Antragsteller: Professor Dr. Hubert Schorle; Professor Dr. Joachim L. Schultze
• Fachliche Zuordnung: Reproduktionsmedizin, Urologie ; Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung ; Bioinformatik und Theoretische Biologie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 329123747

Die Lineage-Identität einer differenzierten somatischen Zelle wird durch spezifische Chromatin-Konfiguration, DNA-Methylierungsmuster und Netzwerke von Transkriptionsfaktoren stabilisiert. Unter experimentellen Bedingungen wie zum Beispiel der Transfer somatischer Zellkerne in Eizellen oder die Überexpression von Transkriptionsfaktoren können diese Regelkreise destabilisiert werden und die Zellen in andere somatische oder pluripotente Zellen reprogrammiert werden. Wir konnten kürzlich zeigen, dass vier Transkriptionsfaktoren (Tfap2c, Eomes, Gata3 und Ets2; im Folgenden TEGE genannt) ausreichend sind, um Fibroblasten direkt in Trophoblast-Stammzellen zu reprogrammieren. Die direkte Reprogrammierung stellt einen vielversprechenden Ansatz für die regenerative Medizin und das Modellieren von Krankheiten dar; der molekulare Mechanismus ist jedoch bisher nur in ansatzweise bekannt.Wir schlagen mit diesem Projekt vor, unser in murinen Zellen etabliertes System der Fibroblast-zu-Trophoblast Reprogrammierung mit einem hochmodernen integrativen genomischen Ansatz zu untersuchen. Wir werden zu verschiedenen Zeitpunkten der Reprogrammierung die Expression (durch RNA-seq), DNA-Bindung der TEGE-Faktoren (durch ChIP-seq) und die Organisation der Nukleosomen (durch ATAC-seq) messen. Damit sind wir in der Lage, die Faktoren zu identifizieren, welche als sogenannte Pionier-Faktoren an durch Nukleosomen bedeckte (und damit ge-silence-te) DNA binden, die Expression transaktivieren und die epigenetische Remodellierung einleiten. Somit können wir die direkten Zielgene der TEGE-Faktoren definieren. Die Zielgene sollten in der Lage sein, nach Überexpression einen oder mehrere der TEGE-Faktoren zu ersetzten. Durch Kenntnis dieser Dynamik werden wir die molekularen Schritte der Reprogrammierung zu bestimmen. Wir werden durch diese Experimente in die Lage versetzt, die enge Verzahnung von Transkriptionsfaktor-Regelkreisen mit Veränderung der Nukleosomenmuster, der Histone und DNA-Methylierung zu bestimmen und zu analysieren. Es soll ein Modell erstellt werden, welches die molekularen Abläufe der Reprogrammierung präzise beschreibt. Damit sind wir in der Lage, die Effizienz der direkten Reprogrammierung in anderen Zelltypen vorherzusagen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen