PBX Transkriptionsfaktoren als Pionierfaktoren bei der adulten Neurogenese

• Antragstellerin: Professorin Dr. Dorothea Schulte
• Fachliche Zuordnung: Entwicklungsneurobiologie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 389410162

Bestimmte Transkriptionsfaktoren wirken als Pioniere der de-novo Expression von inaktiven Genen. Solche Pionierfaktoren können ihre Bindestellen bereits in transkriptionell reprimiertem, 'geschlossenem' Chromatin besetzen, während andere Transkriptionsfaktoren erst Zugang zur DNA erhalten, nachdem die Chromatinstruktur partiell geöffnet wurde. Arbeiten aus meinem Labor sowie Vorarbeiten zum beiliegenden Antrag legen nahe, dass der atypische Homeodomän-Transkriptionsfaktor PBX1, zumindest für einige Gene, solche Pioniereigenschaften bei der adulten Neurogenese der ventrikulär-subventrikulären Zone (V-SVZ) besitzt. Adulte Neurogenese, die Bildung neuer Nervenzellen im erwachsenen Gehirn, ist ein hervorragendes System, um transkriptionelles 'pioneering' zu untersuchen, da hier Neurogenese als Reaktion auf externe Stimuli erfolgt, welche dann schnell in eine Änderung der Genexpression in Stamm- und Vorläuferzellen übersetzt werden. Im vorliegenden Antrag schlage ich Experimenten vor, mit deren Hilfe ich auf genomweiter Ebene untersuchen will, in wie weit PBX1 als Pionierfaktor wirkt. Diese Ergebnisse sollen dann dazu genutzt werden, zwei wissenschaftliche Hypothesen zu testen. Für beide Hypothesen bestehen bereits solide Evidenzen basierend auf der Untersuchung von einzelnen Genen, eine Validierung auf Gesamtgenomebene steht aber noch aus. Dies ist Gegenstand dieses Antrags.Im ersten Teilprojekt ist geplant, mittels ChIP-Sequenzierungen die Bindung von PBX1 im Genom von Stamm- und Progenitorzellen der V-SVZ vor und nach der Differenzierung zu Neuronen nachzuweisen und diese mit zwei typischen epigenetischen Histonmodifikationen für aktives oder inaktives Chromatin zu vergleichen. Dies wäre die weltweit erste Studie, die eine Pionierfaktorwirkung von PBX1 genomweit und unter nativen, physiologischen Bedingungen untersucht. Darauf aufbauend werden wir im zweiten Teilprojekt untersuchen, ob PBX1 sowohl transkriptionell inaktive Gene für eine spätere Aktivierung als auch bereits exprimerte Gene für eine spätere Inaktivierung vorbereiten kann. Ein solcher Mechanismus würde erklären, wie die positive Entscheidung zu einen Zellschicksal direkt mit der negativen Entscheidung zu konkurrierenden Schicksalen gekoppelt sein kann. Aufgrund publizierter Ergebnisse meiner Arbeitsgruppe wird dies mit großer Wahrscheinlichkeit die Entscheidung zwischen dem neuronalen und oligodendroglialen Zellschicksal betreffen, was unsere Ergebnisse auch relevant für demyelinisierende Erkrankungen machen kann. Im dritten Teilprojekt wollen wir, wiederum aufbauend auf den Ergebnissen unserer ChIP-Seq Analyse, die Hypothese testen, dass generelle neuronale Differenzierungsprogramme in den zwei hauptsächlichen Stammzellnischen des adulten Säugergehirns, der V-SVZ und der subgranulären Zone (SGZ), unter der Kontrolle von Stammzellnischen-spezifischen Faktoren stehen. Dies hätte weitreichende Konsequenzen für unser generelles Verständnis von Differenzierungsvorgängen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Großbritannien
• Mitverantwortlich: Privatdozent Dr. Vijay Tiwari