Molekulare Mechanismen der transkriptionellen Repression in der frühen Embryonalentwicklung von Drosophila melanogaster
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Regulation der Genexpression durch die transkriptionelle Repression spielt eine wichtige Rolle bei vielen essenziellen biologischen Vorgängen einschließlich bei der Entstehung von verschiedenen Zelltypen im Laufe der Embryonalentwicklung. In Teilprojekt 1 wurden die weitgehend unbekannten Mechanismen, die zu einer Repression der Transkription führen, untersucht indem zuerst die unterschiedlichen Transkriptions- und Chromatinzustände, während der dorso-ventralen (DV) Segmentierung des Drosophila Embryo umfassend aufgeklärt wurden. Dabei zeigte sich, dass die durch den Transkriptionsfaktor Dorsal ausgelöste Repression mit Polycomb-Group-Silencing und Trimethylierung von H3K27 einhergeht, während die Snail-vermittelte Repression beinhaltet, dass die Acetylierung von H3K27 verhindert wird, ohne jedoch zu einer Methylierung des selbigen Lysins zu führen. Beide Mechanismen regulieren die Freisetzung der pausierten RNA-Polymerase II (RNAPII) in die produktive Transkript-Elongation, die ein wichtiger regulatorischer Schritt in der Transkription von gewebespezifischen DV-Genen ist. In Teilprojekt 2 haben wir ein „Epigenetic Engineering System“ in der Fliege entwickelt und verbessert, um mehr darüber zu erfahren, welche Rolle Co-Repressoren/Co-Aktivatoren während der transkriptionellen Repression spielen. Die gezielte Acetylierung/Deacetylierung regulatorischer Regionen im Genom durch EpiEffektoren mit Histon-Acetyltransferase (CBP) beziehungsweise Deacetylase-Aktivität (HDAC) führt zur Aktivierung/Repression einiger, aber nicht aller Gene. Darüber hinaus (Teilprojekt 3) ist es uns gelungen, durch CRISPR/Cas9-vermittelte Genom-Editierung Fliegen mit fluoreszenzmarkierten Dorsal-Fusionsproteinen zu erzeugen, welche für Interaktionsstudien von an der Repression beteiligten Proteinen genutzt werden können. Da (zusätzliches Teilprojekt 4) der therapeutische Einsatz von HDAC-Inhibitoren, welche zu einer Aufhebung der Transkriptions-Repression führen, vielversprechende Ergebnisse bei der Behandlung von hämatologischen Krebserkrankungen wie der akuten myeloischen Leukämie (AML) gezeigt hat, untersuchten wir die Unterschiede in den Genexpressionssignaturen (PRO-Seq) und Chromatinzuständen (CUT&Tag) zwischen hämatologischen Stammzellen von gesunden Spendern und AML-Patienten und ihre unterschiedlichen Reaktionen auf die Behandlung mit epigenetischen Inhibitoren. Erste Ergebnisse zeigen, dass eine kurze HDAC-Inhibition bereits zu einer schnellen Veränderung der Expression und des Acetylierunggrades einiger Gene führt.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Comprehensive interrogation of aDrosophilaembryonic patterning network reveals the impact of chromatin state on tissue-specific burst kinetics and RNA Polymerase II promoter-proximal pause release. Cold Spring Harbor Laboratory.
Hunt, George; Vaid, Roshan; Pirogov, Sergei; Pfab, Alexander; Ziegenhain, Christoph; Sandberg, Rickard; Reimegård, Johan & Mannervik, Mattias
