Identifizierung von zelltypspezifischen regulatorischen Knotenpunkten mit Mehrfachinteraktionen während der Wirbeltierentwicklung

• Antragsteller: Dr. Scott Lacadie, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Entwicklungsbiologie ; Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung ; Bioinformatik und Theoretische Biologie
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 439822597

Die Regulierung der Genexpression ist verantwortlich für die Diversität von Tieren, nicht die Anzahl oder die Sequenz von Proteinen. Cis-regulatorische Elemente (CREs) sind DNA-Sequenzen, die bestimmen, wann und wo Gene exprimiert werden. Es wird angenommen, dass ihre Aktivität die Zelltypspezifizierung während der Entwicklung und die zelluläre Antwort auf die Umwelt bestimmt, und dass diese bei vielen Krankheitsbildern im Menschen verändert ist. Es wurde gezeigt, dass mehrere minimale CREs auf ein bestimmtes Gen in einem einzelnen Zelltyp wirken können. Aus dieser Beobachtung wurde die Hypothese des CRE-Knotenpunkts ("Hubs") geboren, bei dem mehrere CREs ein Konglomerat dreidimensionaler (3D) Interaktionen bilden, das als eine gemeinsame Einheit die Genexpression antreibt. CRE hubs bleiben aufgrund von Schwierigkeiten bei der direkten Messung von Mehrfachinteraktionen umstritten. Unser erstes Ziel ist es, sincle-nucleus ATAC-seq und unsere neu entwickelte Nanopore (NP) C-Walks-Methode zu verwenden, um die 3D-CRE-hubs Bildung während der Zebrafischentwicklung zu vorhersagen und direkt zu messen.Mit Sci-ATAC-seq-Daten konnten wir den regulatorischen Code für die Zelltypspezifität im gesamten Zebrafischembryo im Prim-5-Stadium charakterisieren. Obwohl solche Einzelzell-Auflösungs-Assays Zellzustands-Subpopulationen aus heterogenen Proben mit signifikanter Sicherheit vorhersagen können, ist es schwierig und selten, solche Vorhersagen mit Experimenten zu verifizieren. Zu diesem Zweck werden wir in Ziel 2 die Zugänglichkeit und die Genexpression bei Einzelzellauflösung in Zebrafischembryonen messen, die das Cloche-Allel tragen. Es wurde bereits gezeigt, dass Cloche-mutierte Embryonen die Differenzierung von endothelialen und hämatopoetischen Zelltypen stark beeinträchtigen. Daher sollten die Zugänglichkeits- und Expressionskarten der Zelltypen bei mutierten Tieren erheblich verändert werden. Darüber hinaus werden wir Cloche-Embryonen für Multi-Way-CRE-3D-Interaktionen mithilfe von NPC-walks profilieren, um Vorhersagen für endotheliale und hämatopoetische CRE-Hubs und deren Ziele aus Ziel 1 zu bestätigen.Die Ergebnisse der hier vorgeschlagenen Projekte werden verschiedene dringende Hypothesen auf dem Gebiet hinsichtlich der Existenz von 3D-CRE-Zentren und ihrer Gewebespezifität während der Entwicklung überprüfen. Sie werden eine Grundlage für zukünftige Studien bilden, die die 3D-Genomarchitektur mit allen Aspekten der Genregulation in Beziehung setzen werden, was zu einem ganzheitlichen Verständnis der Wirbeltierentwicklung auf zellulärer und molekularer Ebene führen wird.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen