Die Bindung von Transkriptionsfaktoren der GRHL/CP2-Familie and von NKX2-1 an ihre DNA Erkennungssequenzen

• Antragsteller: Professor Dr. Udo Heinemann; Professor Dr. Kai Schmidt-Ott
• Fachliche Zuordnung: Humangenetik ; Bioinformatik und Theoretische Biologie ; Strukturbiologie
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 400728090

Transkriptionelle Genregulation hängt in hohem Maße von der präzisen Erkennung von DNA- Zielsequenzen in Promotoren oder Enhancern durch Transkriptionsfaktoren ab. In diesen molekularen Erkennungsprozessen werden kleine Änderungen der Zielsequenz oft mit moderatem Affinitätsverlust toleriert. Während viele Strukturen von Transkriptionsfaktoren im Komplex mit ihren Consensus-Zielsequenzen bekannt sind, gibt es vergleichsweise wenige Daten zur Geometrie und Affinität bei der Bindung der Faktoren an Sequenzvarianten ihrer Bindestellen. Daten dieser Art sind aber von besonderem Wert für die Beurteilung genomweiter Bindungsmuster von Transkriptionsfaktoren und Vorhersagen der Konsequenz von Mutationen mit bioinformatischen Methoden. In diesem Projekt möchten wir zwei unterschiedliche Typen von Transkriptionsfaktoren, die Grainyhead-like Proteine GRHL1 und GRHL2, sowie den Schilddrüsen-spezifischen Faktor NKX2-1, untersuchen. Für beide liegen uns initiale DNA-Bindungsdaten und Kristallstrukturen aus Voruntersuchungen vor. GHRL1/2 und NKX2-1 wurden als repräsentative Transkriptionsfaktoren ausgewählt, weil sie DNA-Sequenzen in unterschiedlicher Weise erkennen und binden und damit komplementäre Erkenntnisse über den sequenzabhängigen Bindungsprozess versprechen. Darüber hinaus kooperieren GRHL2 und NKX2-1 bei der Entwicklung epithelialer Gewebe, wobei aktuelle Daten eine Rolle des GRHL2 als Pionier-Transkriptionsfaktor nahelegen. Wir haben vor, Bindungsparameter für GRHL1/2 und NKX2-1 an einigen hundert in genomweiten Kartierungsstudien identifizierten Zielsequenzen zu messen, sowie Kristallstrukturen dieser Proteine im Komplex mit einer kleineren Zahl von Zielsequenzen zu bestimmen. Weiterhin werden wir die Auswirkungen von DNA-Sequenzvariationen auf die Transkriptionsfaktor-DNA-Bindung in vivo validieren. Wir streben an, aus unseren Strukturen und biophysikalischen Daten allgemeingültige Regeln für die Bindung von Transkriptionsfaktoren an Enhancer und Promotoren abzuleiten, welche zur Optimierung der Algorithmen zur Identifizierung und Vorhersage krankheitsrelevanter Varianten im nicht-kodierenden Genom beitragen können. In der Klinik werden verbesserte Algorithmen letztendlich erlauben, genetische Ursachen für Krankheiten besser zu verstehen.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 2841: Jenseits des Exoms - Auffindung, Analyse und Vorhersage des Krankheitspotenzials nichtkodierender DNA Varianten.