Untersuchung der Rolle menschlicher Topoisomerasen bei der Aufrechterhaltung der Chromosomentopologie und der Verhinderung genomischer Instabilität

• Antragsteller: Professor Dr. Argyris Papantonis; Dr. Vassilis Roukos
• Fachliche Zuordnung: Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 455784893

Prozesse, die DNA durchlaufen, wie Replikation und Transkription, erfordern und induzieren dramatische Änderungen in der DNA-Topologie. Da diese Änderungen im Zusammenhang mit Chromatin auftreten, müssen sie mit Prozessen koordiniert werden, die die Chromosomenorganisation per se beeinflussen, wie z. B. der Bildung von Chromatinschleifen und der Chromosomenfaltung höherer Ordnung. Änderungen in der DNA-Topologie werden durch DNA-Topoisomerasen gesteuert, eine Familie potenter Enzyme, die den Torsionsstress regulieren, indem sie eingeschränkte DNA entspannen, entknoten und dekatenieren. In wegweisenden In-vivo-Studien wurden grundlegende Rollen von Topoisomerasen bei der Regulierung der DNA-Topologie in niederen Eukaryoten aufgedeckt. Experimente mit niedriger Auflösung unter Verwendung von Inhibitoren oder Langzeit-Funktionsverlust-Knockdowns in menschlichen Zellen haben jedoch nur begrenzte Informationen darüber geliefert, wie Topoisomerasen den Torsionsstress in der Zelle steuern Genom- und Chromatinkontext im gesamten 3D-Genom.Wir schlagen vor, hochmoderne Hochdurchsatz-Sequenzierungs- und Bildgebungsmethoden mit Strategien für akuten Funktionsverlust in menschlichen Zellen zu kombinieren, um die Rolle von Topoisomerasen auf die Chromosomentopologie systematisch zu untersuchen und zu verstehen, wie ihre Funktionen die Genexpression steuern und verhindern genomische Instabilität im gesamten 3D-Genom. Unsere Bemühungen konzentrieren sich auf das Verständnis, wie der akute Verlust der Topoisomerase-Funktion: (1) die Supercoiling-Landschaft im 3D-Genom, die Position der Transkription von Polymerase und die Genexpression beeinflusst; (2) die Bildung von Nicht-B-DNA-Strukturen wie R-Schleifen; (3) die räumliche Organisation und Faltung des Genoms und (4) die genomische Instabilität im gesamten 3D-Genom. Unser letztendliches Ziel ist es, umfassend zu verstehen, wie die verschiedenen Arten von Topoisomerasen den Torsionsstress im Kontext der Chromatin- und Chromosomenorganisation regulieren, und zu beleuchten, wie ihre Funktionen mit grundlegenden zellulären Prozessen wie Replikation, Transkription und Schleifenextrusion koordinieren, um die Genexpression zu regulieren und verhindern genomische Instabilität.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen