Intrinsisch ungeordnete Regionen in Barrieren für Nukleosomenpositionierung

• Antragsteller: Professor Dr. Philipp Korber
• Fachliche Zuordnung: Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung ; Biochemie ; Biophysik ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 331024609

Nukleosomenarme Promotorregionen (NDRs) gefolgt von regulären Nukleosomenanordnungen (stereotypische NDR-array-Muster) stellen das universelle Chromatingrundmuster aktiver Gene in Eukaryoten dar und sind essentiell für die Transkriptionsregulation, aber ihre Entstehung ist unklar. Generelle Regulationsfaktoren (GRFs), wie Abf1/Reb1 in Hefe oder evtl. CTCF in Säugern, sind keine klassischen Transaktivatoren der Transkription, sondern bilden vermutlich NDRs und sind Barrieren für die Anordnung von Nukleosomen. In der Tat konnten wir zeigen, dass sich NDR-array Muster in einem Minimalsystem aus Abf1/Reb1 und ATP-abhängigen Chromatin-remodelers, z.B. ISW2, in vitro rekonstituieren lassen. Jetzt fragen wir, was einen GRF zu einer effektiven Nukleosomen-Barriere macht. GRFs zeichnen sich neben DNA-Bindedomänen durch intrinsisch ungeordnete Regionen (IDRs) aus. Wir verfolgen die Hypothese, dass spezifische IDR-Eigenschaften entscheidend sind für die GRF-Funktion als Nukleosomen-Barriere. Hierzu arbeiten wir mit der Gruppe von Prof. Rohit Pappu (Washington University, St. Louis) zusammen, die ausgiebige Erfahrung mit der Biophysik von IDRs und dem gezielten IDR-Design zur Funktionsanalyse hat. Erste Sequenzanalysen der Pappu-Gruppe zeigten bereits eine charakteristische und konservierte IDR-Organisation der GRFs: lange, saure IDRs flankierend zur DNA bindenden Domäne, die sich von IDR-Organisationen klassischer Transaktivatoren unterscheiden. Das bietet einen konzeptionellen Ausgangspunkt, um die IDR-Eigenschaften von Nukleosomen-Barrieren durch a) Zufallsmutagenese (genetische Screens); b) Domänen-Austausch; c) evolutionäre Sequenzvergleiche; und d) rationales de novo Design gemäß biophysikalischer Prinzipien der IDRs zu untersuchen. Wir werden Nukleosomen-Barrieren-Funktion sowohl in vivo, als auch direkt biochemisch in unserem einzigartigen Rekonstitutionssystem testen. Auf diese Art werden wir die molekularen Spezifika der Nukleosomen-Barriere-Funktion definieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen