Mechanismen der 3D Chromatin Reorganisation während der direkten Reprogrammierung von Gliazellen in Neurone

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Dr. Boyan Bonev, Ph.D.; Professorin Dr. Magdalena Götz
• Fachliche Zuordnung: Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung ; Entwicklungsneurobiologie ; Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 422586671

Eine zentrale Frage in der Entwicklungs- und Chromatinbiologie ist, wie Transkriptionsfaktoren die 3D Architektur des Chromatins beeinflussen können, und inwieweit dies für die Spezifizierung von Zelltypen entscheidend ist. Einzelne neurogene Transkriptionsfaktoren sind ausreichend, um Gliazellen in Neurone umzuprogrammieren. Diese direkte Reprogrammierung ist daher ein exzellentes Modell, um zu untersuchen, wie Transkriptionsfaktoren die 3D Organisation des Chromatins verändern können, und inwieweit diese Veränderungen transkriptionelle Veränderungen regulieren. Daher möchten wir, ein Experte der 3D Architektur des Chromatins, Boyan Bonev, und eine Expertin der direkten Reprogrammierung von Gliazellen in Neurone, Magdalena Götz, zuerst mittels HiC die Chromatinorganisation in Astrozyten, reifen Neuronen und reprogrammierten Neuronen untersuchen. Während der Reprogrammierung neu gebildete Enhancer-promoter Kontakte werden mit bereits vorhandenen RNA-seq Daten verglichen, um festzustellen, inwieweit Chromatin Veränderungen für die veränderte Expression verantwortlich sind, und ob Defekte in der Chromatin-Reorganisation für Reprogrammierungsblockaden verantwortlich sind. Letzteres soll auch mit einem in vitro Modell schwerer zu reprogrammierender Gliazellen untersucht werden. Mittels Neurogenin2-ChIP-seq und Hi-ChIP soll untersucht werden, ob die direkte Bindung des neurogenen Transkriptionsfaktors mit der Chromatin-Reorganisation korreliert. Um die Kausalität der Neurogenin2 Bindung für Veränderungen der 3D Chromatin-Architektur zu untersuchen, werden einerseits die Bindungsstellen von Neurogenin2 mutiert, so daß 3 D Veränderungen dann nicht mehr erfolgen sollen. Andererseits wird Neurogenin2 mit dCas9 an Stellen gebracht, die Kontakte zwischen Promotoren und Enhancers in endogenen Neuronen zeigen, um festzustellen, ob Neurogenin2 tatsächlich hinreichend ist, um diese Veränderungen auszulösen. Im letzten Projektteil soll untersucht werden, ob YY1 entscheidend an der Bildung von CTCF-unabhängigen Loops in der Reprogrammierung beteiligt ist. Mittels Hi-ChIP-MS sollen gegebenenfalls auch neue Faktoren, die bei dem Umbau des Chromatins während der Reprogrammierung eine entscheidende Rolle spielen, identifiziert werden. Somit können in diesem Projekt nicht nur die Mechanismen der Transkriptionsfaktor-induzierten Chromatin-Reorganisation während der direkten Reprogrammierung verstanden werden, sondern auch mögliche Fehler in der Chromatin-reorganisation dadurch behoben werden, um diesen vielversprechenden Ansatz der Reprogrammierung zu verbessern.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2202: 3-D-Genomarchitektur in Entwicklung und Krankheit