Modifikation der 3D Genomarchitektur und Genexpression am Fgf8 Lokus durch Transposons und strukturelle Varianten

• Antragsteller: Professor Dr. Stefan Mundlos
• Fachliche Zuordnung: Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung ; Entwicklungsbiologie ; Humangenetik
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 422857683

Das Genom von Vertebraten besteht hauptsächlich aus nicht-codierenden Sequenzen, von denen mehr als die Hälfte repetitiv ist. In früheren Studien konnten wir zeigen, dass strukturelle Varianten (SVs) durch Veränderung der 3D-Konformation von Chromosomen zu einer Gen-Misexpression und Erkrankung führen können. In dieser Studie untersuchen wir, ob repetitive Elemente die 3D-Genomfaltung beeinflussen können, indem sie z.B. Kontakte über TAD-Grenzen induzieren mit nachfolgender Misexpression von Genen und daraus resultierender Erkrankung. Wir untersuchen ferner, ob durch diesen Mechanismus ähnliche Phänotypen erzeugt werden können, wie durch SVs. Wir werden diese Hypothese untersuchen, indem wir die Pathologie von SVs am Fgf8-Locus untersuchen, die für die Split-Hand-Foot-Malformation (SHFM) beim Menschen verantwortlich sind. Ein SHFM-Phänotyp wird auch durch Retrotransposon (MusD) Insertionen am selben Locus in der Mausmutante Dactylaplasia (Dac) verursacht. Wir werden CRISPR/Cas9-Genom-Editing verwenden, um die humanen SVs in Mäusen nachzubauen. In diesen Mutanten soll dann die Wirkung der SVs auf die Genregulation und die Gliedmaßenentwicklung untersucht werden. Die Pathologie der MusD-Insertion in der Dac-Mutante wird mit einer detaillierten Expressionsanalyse in Dac-Extremitätenknospen mittels Expressionsanalyse und Einzelzell-RNA-Sequenzierung untersucht. Darüber hinaus werden wir die Histonmodifikation und die CTCF-Bindung untersuchen und sowohl HiC von Dac/Dac-Embryonen als auch von den SHFM-Rearrangements durchführen, um ihre Wirkung auf die Chromatinkonfiguration zu untersuchen. In einem nächsten Schritt werden wir das Dac-Genom in ES-Zellen aus Dac/Dac-Embryonen manipulieren, um fehlexprimierte Gene auszuschalten um so den Dac-Phänotyp zu retten. Wir werden die Wirkung von MusD transponierbaren Elementen (TEs) mittels 4C in sensitiven (129) vs. nicht-sensitiven (C57B6) Stämmen untersuchen, um Regionen zu identifizieren, in denen aktive TEs mit benachbarten Regionen interferieren und dadurch die 3D-Genomarchitektur verändern. Gleichzeitig wollen wir die molekulare Pathologie von Duplikationen am humanen FGF8-Locus entschlüsseln und herausfinden, warum der Maus- und der menschliche Phänotyp so ähnlich sind. Diese Studie wird nicht nur einen Einblick in die regulatorische Wirkung geben, die TEs haben, sie wird uns Aufschluss darüber geben, wie ähnliche Phänotypen, in diesem Fall SHFM, aus verschiedenen Pathologien entstehen können. Erkenntnisse aus der Dac-Mutation und dem humanen SHFM-Mutationen können auf andere menschliche Krankheiten übertragen werden, und so Untersuchungen zu den Ursachen von Fehlbildungen bei genetischen Krankheiten mit unbekannter Ursache und / oder ungewöhnlicher Vererbung voranbringen.

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