Dynamics and function of the transcription factor SRF inside the nucleus of neurons revealed by single-molecule analysis and super-resolution optical microscopy
Final Report Abstract
In diesem Forschungsprojekt konnten wir zeigen, dass sich die enorme Anzahl an Genregulatoren, die sich im Zellkern eukaryontischer Zellen befindet, nicht als homogene und statische Einheit verhalten. Stattdessen konnten wir mit Hilfe neuester Techniken zur Einzelmolekül-Analyse beschreiben, dass einzelne Transkriptionsfaktor-Moleküle am Beispiel des Serum Response Faktors (SRF) sich dynamisch verhalten und ihre Eigenschaften in bestimmte Subpopulationen zusammengefasst werden können. So reagieren einzelne SRF-Moleküle nach einer Zellstimulation mit einer längeren Kontaktzeit mit der DNA und damit auch wahrscheinlich mit einer erhöhten spezifischen Bindung an SRF-regulierte Zielgene. Zudem erhöht sich auch insgesamt die Fraktion sprich Anzahl der länger-bindenden SRF-Moleküle mit einer Zellstimulation. Dieser grundsätzliche Mechanismus, so zeigen unserer Ergebnisse, ist konserviert zwischen proliferierenden und differenzierten Zellen. Des Weiteren zeigen unserer Ergebnisse, dass diese Parameter der Bindung von Genregulatoren an die DNA auch dynamisch während der Zelldifferenzierung am Beispiel von Nervenzellen reguliert werden. So zeigen Nervenzellen im initialen Stadium ihrer Differenzierung während der Substratadhäsion die höchste SRF- Bindezeit und -Fraktion an die DNA. Zum Schluss konnten wir noch mittels eines neuen Mikroskopieverfahrens dem sog. TALM („tracking and localization microscopy") zeigen, dass sich Ansammlungen von Transkriptionsfaktoren im Zellkern bilden, die möglicherweise sog. „hot-spots" der Genexpression darstellen. Die sub-nukleäre Lokalisation solcher „hot-spots", so zeigen unsere Daten, ist dynamisch und ändert sich mit dem Differenzierungsstatus von Nervenzellen. Insgesamt zeigt also unser Projekt, dass die gesamte Anzahl von Molekülen eines TFs keine homogene Population mit identischen Eigenschaften ist, sondern sich dynamisch verhält und unterschiedliche Subpopulationen mit verschiedenen biophysikalischen Eigenschaften während zellulärer Prozesse gebildet werden.
Publications
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Single-molecule imaging of the transcription factor SRF reveals prolonged chromatin-binding kinetics upon cell stimulation. Proceedings of the National Academy of Sciences, 116(3), 880-889.
Hipp, Lisa; Beer, Judith; Kuchler, Oliver; Reisser, Matthias; Sinske, Daniela; Michaelis, Jens; Gebhardt, J. Christof M. & Knöll, Bernd
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Single-molecule tracking (SMT) and localization of SRF and MRTF transcription factors during neuronal stimulation and differentiation. Open Biology, 12(5).
Kuchler, Oliver; Gerlach, Jule; Vomhof, Thomas; Hettich, Johannes; Steinmetz, Julia; Gebhardt, J. Christof M.; Michaelis, Jens & Knöll, Bernd
