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Projekt
Post-translationale Kontrolle von Genexpressionsvariabilität durch Flüssig-Flüssig Phasentrennung
Antragsteller
Professor Dr. Anthony A. Hyman; Dr.-Ing. Christoph Zechner
Fachliche Zuordnung
Bioinformatik und Theoretische Biologie
Zellbiologie
Zellbiologie
Förderung
Förderung von 2019 bis 2023
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 419138555
Rauschen in der Transkription und Translation verursacht eine wesentliche Zell-zu-Zell-Variabilität von Proteinkonzentrationen in genetisch identischen Zellen. Wie es Zellen gelingt robust und zuverlässig zu funktionieren, obwohl ihre inneren Abläufe oft erhebliche Heterogenität aufweisen ist eine Schlüsselfrage in der Biologie. Frühere Studien haben gezeigt, dass Rückkopplungsmechanismen auf der Transkriptionsebene rauschunterdrückende Eigenschaften haben, aber deren Wirksamkeit ist oft durch lange Zeitverzögerungen begrenzt und oftmals werden enorme Energieressourcen benötigt, um eine signifikante Rauschunterdrückung zu erzielen. In diesem Projekt schlagen wir einen alternativen, post-translationalen Mechanismus zur Unterdrückung von Genexpressionsgeräuschen basierend auf der Phasentrennung von Flüssigkeiten vor. In phasentrennenden Systemen bilden sich flüssige Kompartimente durch die Entmischung intrinsisch ungeordneter Proteine, sobald sie eine bestimmte Grenzkonzentration überschreiten. In diesem Regime sind die Konzentrationen außerhalb der Tröpfchen in den Zellen bemerkenswert homogen. Dies legt nahe, dass flüssige Kompartimente als Puffer fungieren könnten, welche die Variabilität der Proteinkonzentrationen von Zelle zu Zelle kompensieren. Diese Hypothese wird durch unsere vorläufige Studie unterstützt, in der wir die Unterdrückung der Variabilität durch flüssige Kompartimente unter Verwendung eines künstlichen Genexpressionssystems demonstriert haben. Eine Demonstration in endogenen Systemen fehlt jedoch. Hier schlagen wir ein disziplinübergreifendes Forschungsprogramm vor, das diese Lücke füllen soll. Unser Projekt hat das Potenzial, eine wichtige neue Funktion der Phasentrennung aufzudecken und könnte einen bedeutenden Fortschritt beim Verständnis der Mechanismen liefern, die dem robusten Verhalten von Biologischen Systemen zugrunde liegen.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
