Nährstoffabhängige Histon-Homöostase in Saccharomyces cerevisiae

• Antragsteller: Dr. Kurt Michael Schmoller
• Fachliche Zuordnung: Zellbiologie
• Förderung: Förderung seit 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 416098229

Zellen müssen die Konzentration ihrer Proteine je nach Zellzustand und externen Einflüssen genau kontrollieren. Um konstante Konzentrationen während des Zellwachstums aufrechtzuerhalten, ist die Produktion vieler Proteine durch limitierende Transkriptions- und Translationsmaschinerie eng an das Zellvolumen gekoppelt. Im Gegensatz dazu haben wir kürzlich gezeigt, dass die Menge der Histone an die Menge der genomischen DNA gekoppelt ist, um eine konstante Histon-zu-DNA-Stöchiometrie zu garantieren. Mit Hilfe des Modellorganismus Saccharomyces cerevisiae und der genetischen Manipulation des Zellvolumens haben wir gezeigt, dass die Kopplung der Histonmengen an die genomische DNA bereits auf der Transkript-Ebene erfolgt und dass Histon-Promotoren für diese Regulation ausreichend sein können. Basierend auf unseren Erkenntnissen postulieren wir, dass im Gegensatz zu den meisten Genen, deren Transkription durch die Transkriptionsmaschinerie limitiert ist, die durch Histonpromotoren regulierte Transkription stattdessen durch das Gen selbst limitiert ist.Mit diesem Antrag schlage ich vor, die ‚Gen-limitierte Transkription'-Hypothese für die Histon-Homöostase in Hefe ausgiebig zu testen und zu untersuchen, wie die Histon-Homöostase unter verschiedenen Nährstoffbedingungen erreicht wird. Diese bewirken nicht nur eine Veränderung der Zellgröße, sondern modulieren auch die Wachstumsrate und die Zellzyklusverteilungen. Letzteres ist insbesondere für stark zellzyklusabhängige Gene wie Histone relevant, deren Transkription zeitlich an die Replikation der DNA geknüpft ist. Eine Abnahme der relativen Dauer der S-Phase muss daher wahrscheinlich durch eine erhöhte Expressionsamplitude kompensiert werden. Wie dies erreicht wird, ist jedoch völlig unklar. Wir werden eine Kombination aus Lebendzell-Mikroskopie, ‚Single molecule FISH‘, molekularbiologischen Ansätzen und mathematischer Modellierung verwenden, um die Beiträge der Transkription, der mRNA-Degradation und der Regulation auf Proteinebene zur Nährstoff-abhängigen Histonhomöostase zu entschlüsseln. Die Erlangung eines quantitativen Verständnisses, wie Zellen eine konstante Histon-DNA-Stöchiometrie trotz Veränderungen im globalen Proteininhalt aufrechterhalten, wird die Histon-Homöostase in Hefe als Modellsystem für die molekulare Regulation der Proteom-Allokation in Abhängigkeit von Umweltbedingungen etablieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen