Funktionelle Charakterisierung von alternativen dMi-2 Nucleosome Remodeling Komplexen in der Regulation des Epigenoms

• Antragsteller: Professor Dr. Alexander Brehm
• Fachliche Zuordnung: Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung ; Biochemie ; Entwicklungsbiologie ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 400185939

Chromatinregulierende Proteinkomplexe spielen eine herausragende Rolle bei der Regulation des Epigenoms. Die meisten dieser Proteinkomplexe enthalten Enzyme, die Nukleosomen modifzieren oder remodellieren. Von vielen klassischen Komplexen, wie PRC1, PRC2 und NuRD, nahm man lange Zeit an, dass sie als einzigartiger Proteinkomplexe in der Zelle vorliegen. Neuere Forschungsergebnisse haben gezeigt, dass diese Komplexe in alternativen Konfigurationen existieren, die sich in der Zusammensetzung ihrer Untereinheiten und der Anlagerung akzessorischer Proteine unterscheiden. Man nimmt an, dass nicht-enzymatische Komplexbestandteile die Enzyme steuern und regulieren und so dem Komplex spezifische Funktionen verleihen. Die molekularen Mechanismen, die dieser Komplexspezialisierung zugrunde liegen sind nicht verstanden. Deshalb ist die Heterogenität von chromatinregulierenden Proteinkomplexen ein wichtiges und aktuelles Thema in der epigenetischen Forschung.Der Nucleosome Remodeling and Deacetylation (NuRD) Komplex ist abundant und in allen Metazoen konserviert. Er spielt wichtige Rollen in der Stammzellbiologie und der Embryonalentwicklung indem er Chromatinstruktur, Gentranskription und Zellzyklus reguliert. Zusätzlich ist NuRD essentiell for die DNA Reparatur und seine Untereinheiten sind häufig in Tumoren fehlexprimiert oder mutiert. NuRD enthält sowohl Nukleosomen-remodellierende Aktivität als auch Histondeacetylase-Aktivität. Aufgrund seiner Konservierung, seinen vielfältigen biologischen Funktionen und der Integration von Nukleosomen-remodellierenden und Histon-modifizierenden Aktivitäten, dient NuRD als ein wichtiges Paradigma zur Erforschung von fundamentalen Funktionsprinzipien chromatinregulierender Proteinkomplexe.Neuere Forschungsarbeiten haben gezeigt, dass Mi-2/CHD4, die ATP-abhängige Nukleosomen-remodellierende Untereinheit von NuRD, auch Bestandteil von anderen, schlecht charakterisierten Komplexen ist. The funktionellen Unterschiede dieser alternativen Mi-2/CHD4 Komplexe sind unbekannt. Im vorliegenden Projekt verwenden wir eine Kombination verschiedener Methoden (CRISPR/Cas, induzierbarer spezifischer Poteinabbau, Epigenomanalysen) um die Funktionen von zwei alternativen Mi-2/CHD4 Komplexen, dNuRD und dMec, zu identifizieren. Auf der genomweiten Ebene werden wir die Beiträge von NuRD und dMec (und ihrer nicht-enzymatischen Untereinheiten) zur Regulation von Transkription und Chromatinstruktur an Promotoren und Enhancern definieren. Zusätzlich werden wir die Rollen von dNuRD und dMec bei der hormon-abhängigen Genaktivierung herausarbeiten. Hierbei werden wir das Ecdyson-System als biologisch wichtiges Modell verwenden.Diese Ansätze werden molekulare Mechanismen definieren durch die alternative Mi-2/CHD4 Komplexe das Epigenom beeinflussen. In einem allgemeineren Sinn werden wir lernen wie nicht-enzymatische Untereinheiten von chromatinregulierenden Proteinkomplexen die enzymatische Untereinheit um spezifische Funktionen bereichern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen