Untersuchung des Mechanismus der piRNA vermittelten epigenetischen Stilllegung von Transposons während der fötalen Keimzell-Reprogrammierung

• Antragsteller: Dr. Ansgar Zoch
• Fachliche Zuordnung: Entwicklungsbiologie ; Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 388942497

Fötale Keimzellen gehen während der Embryonalentwicklung durch eine Phase extensiver epigenetischer Reprogrammierung, die dazu dient, somatische Differenzierung und elterliche genomische Prägung zurück zu setzen. Die damit einhergehende genomweite Demethylierung führt jedoch auch zur Reaktivierung von Transposons. Aktive Transposons stellen ein enormes Risiko für die Integrität des Genoms durch mutagene Insertion von Transposonkopien dar. Daher ist die Unterdrückung von Transposons während der Reprogrammierung essentiell um die Entwicklung von Keimzellen und die genetische Integrität der Gameten sicher zu stellen. Eines der Hauptverteidigungssysteme von Keimzellen gegen Transposonaktivität ist das piRNA System, das Transposon-Transkripte erkennt und zerstört. Es dirigiert zudem, mithilfe des piRNA Bindungsproteins MIWI2 und des Methylierungsregulators DNMT3L, die Bildung eines epigenetischen Gedächtnisses von aktiven Transposongenen durch einen einzigartigen, RNA vermittelten DNA-Methylierungsmechanismus. Der Mechanismus, wie die Erkennung von Transposongenen durch MIWI2 mit der Rekrutierung des Methylierungskomplexes um DNMT3L verbunden ist, ist jedoch noch immer unbekannt.Wir beabsichtigen den Mechanismus der piRNA vermittelten Transposonstilllegung mithilfe modernster ’omics Ansätze aufzuklären. Zu diesem Zweck werden wir Epitop markierte- und knockout-Allele von Miwi2 und Dnmt3l nutzen, die es uns erlauben, die Analysen von Konfokal-Mikroskopie, Massenspektrometrie und genomweiten Sequenzierungsmethoden miteinander zu kombinieren. Im Einzelnen werden wir die temporären und lokalen Lokalisationsmuster von MIWI2 und DNMT3L während der Keimzell-Reprogrammierung definieren und untersuchen, wie sich diese gegenseitig bedingen. Weiterhin planen wir die Zusammensetzung des Erkennungs- bzw. Stilllegungskomplexes mithilfe von Immunpräzipitation gekoppelter Massenspektrometrie zu bestimmen. Schlussendlich möchten wir den individuellen Beitrag von MIWI2 und DNMT3L zur Chromatinstruktur von Transposongenen verstehen, indem wir deren Chromatin-Zugänglichkeit sowie die Hierarchie der Stilllegungszeichen, also Histone-Modifikationen und DNA-Methylierung, aufklären. Die vorgeschlagene Studie hat daher das Potential, bedeutende neue Erkenntnisse zu unserem Verständnis des zellulären Systems zur Transposon-Verteidigung beizutragen, welches die Integrität des Keimzell-Genoms während des kritischen Entwicklungszeitfenster der fötalen Reprogrammierung sicherstellt.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: Großbritannien
• Gastgeber: Professor Dónal O' Carroll, Ph.D.