Untersuchung von Ioc4 und seiner PWWP Domäne in Chromatinorganisation und Isw1b Remodeller Funktion

• Antragsteller: Professor Andreas Gerhard Ladurner, Ph.D., seit 2/2023
• Fachliche Zuordnung: Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung ; Biochemie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 410995368

Chromatin ist für die Komprimierung von DNA in eukaryotischen Zellen verantwortlich. Um Zugang zur DNA zu erhalten, benötigen Zellen eine komplexe Maschinerie aus Histonmodfizierenden Enzymen und Chromatin Remodellern. Remodeller, inkl. der ISWI Familie, sind konservierte Enzyme, die die durch ATP Hydrolyse gewonnene Energie dazu verwenden, Histone zu mobilisieren oder auszutauschen. In Saccharomyces cerevisiae gibt es zwei ISWI Homologe, Isw1 und Isw2. Des Weiteren bildet Isw1 zwei verschiedene Remodellerkomplexe aus, Isw1a und Isw1b. Wir konnten zeigen, dass der Isw1b Remodeller für den Erhalt der Chromatinstruktur während der Transkription durch RNA Polymerase II notwendig ist und so die Produktion von non-coding (nc) RNAs verhindert. NcRNAs spielen eine wichtige Rolle in der Regulierung der Genexpression. Fehlende Regulierung und Produktion von ncRNAs stehen außerdem mit zahlreichen Prozessen, von diversen Krankheiten aber auch dem Altern von Hefezellen, in Verbindung.Isw1b wird durch seine Ioc4 Untereinheit und Histon H3K36 Methylierung rekrutiert. Der Remodeller ist für das Recycling von existierenden, methylierten Histonproteinen zuständig. Gleichzeitig wird dadurch der Einbau von neuen Histonen verhindert und eine "geschlossene", hypoacetylierte Organisation von Chromatin gefördert. In Abwesenheit des Isw1b Remodellers oder der H3K36 methylierten Histone bricht dieses System zusammen und es kommt zum vermehrten Einbau von neuen, hoch acetylierten Histonen, einer "offenen" Chromatinstruktur und zur vermehrten Produktion von ncRNAs. Uns sind bis dato die molekularen Mechanismen, wie der Remodeller Histone recycliert, unbekannt. Unsere Vorarbeiten führen zum Schluss, dass Ioc4/Isw1b Nukleosomen direkt stabilisieren können bzw. als Histon-Chaperon fungieren. Wir möchten die molekularen Mechanismen die diesen Funktionen zugrunde liegen im Detail untersuchen. Des Weiteren werden wir die funktionellen Rollen von neu identifizierten Merkmalen von Ioc4, wie z.B. einer neuen Subdomäne oder der Bindung an DNA, zur Rekrutierung und Funktion des Remodeller genau untersuchen. Dazu werden wir einen experimentellen Ansatz aus in vitro Biochemie und in vivo Genomik verwenden. Zusammen werden wir durch diese Studie detaillierte mechanistische Einblicke in die Chromatinorganisation durch den Isw1b Remodeller gewinnen. In weiterer Folge sind diese Ergebnisse auch wichtig für unser Verständnis und unsere Fähigkeit die Assoziation bzw. die Funktionen von anderen Faktoren und ihren Einfluss auf die Chromatinstruktur zu verstehen und zu manipulieren.Vorangegangene Arbeiten belegen unsere Kompetenz mit der Untersuchung von Chromatinstruktur und Genregulierung. Wir besitzen ausführliche Erfahrung mit der Durchführung von Bindungs- und Remodellerassays mit hoch aufgreinigten Komponenten, sowie der genomweite Analyse von Remodeler Rekrutierung und nicht-kodierender Transkription. Wir sind daher ausdrücklich in der optimalen Position, um diese Studie durchzuführen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemalige Antragstellerin: Professorin Dr. Michaela Smolle, bis 1/2023