Identifizierung von Interaktionspartnern veränderter DNA-Basen und ihre Rolle bei der epigenetischen Kontrolle der Genregulation

• Antragstellerin: Dr. Angie Kirchner
• Fachliche Zuordnung: Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung von 2021 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 458174228

Epigenetische Veränderungen werden durch chemische Modifikationen der DNA-Basen vermittelt und spielen eine wichtige Rolle bei der Genregulation und der zellulären Identität. Neben der Funktion als Intermediat der DNA-Demethylierung wird 5-Formylcytosin (5fC) auch eine eigenständige biologische Rolle zugeschrieben. Neuere Studien deuten darauf hin, dass 5fC durch Rekrutierung spezifischer Transkriptionsregulatoren eine grundlegende Rolle bei der gewebespezifischen und entwicklungsbedingten Genexpressionskontrolle spielt. Bei der Identität und Funktion der 5fC-Interaktionspartner bleiben jedoch wichtige Fragen offen, die für ein umfassendes Verständnis der epigenetischen Regulation unerlässlich sind. Bis heute fehlt ein umfassender und systematischer Ansatz zur Erforschung von 5fC-assoziierten Proteinen (FAPs), aber auch anderer modifizierter Basen, in nativem Chromatin. Ich schlage daher vor eine neuartige Methode zu nutzen, bei der 5fC-assoziierte Proteine in der Zelle chemisch markiert werden, wodurch eine massenspektrometrische Erfassung ermöglicht wird. Diese Methode basiert auf einem mit ascorbate peroxidase (APEX) fusionierten Protein, das in Kombination mit genomic locus proteomics (GloPro) zur Identifikation endogener Proteininteraktoren von 5fC und weiterer oxidierter Cytosine in Säugetierzellen verwendet werden soll. Die Proteinbindung an 5fC Positionen wird durch Chromatin-Immunpräzipitation DNA-Sequenzierung (ChIP-seq) validiert, während biophysikalische und biochemische Techniken die FAP-Bindungsmodi, die Rekrutierung und die Auswirkungen auf die 5fC-Dynamik aufdecken werden. Zur Identifikation an der Transkriptionsregulation beteiligter FAPs werde ich die Kolokalisation von 5fC mit charakteristischen Chromatin-assoziierten Proteinen wie Promotor-assoziierten Histonen und Transkriptionsfaktoren mit Hilfe von Antikörper-Pull-down Experimenten, sowie einer detaillierten Abfrage von Genomdatenbanken, untersuchen. Dieses hochgradig interdisziplinäre Projekt wird breit gefächerte Ausbildungsmöglichkeiten und mit der einzigartigen Positionierung der Balasubramanian-Gruppe mit Laboren am Cancer Research UK Cambridge Institute und dem Department of Chemistry ein ideales Arbeitsumfeld bieten. Zusammengefasst werden diese Studien ein umfassendes Interaktionsnetzwerk von endogenen 5fC-Positionen erzeugen, das letztlich zu neuen mechanistischen Erkenntnissen darüber führen wird, wie nicht-kanonische DNA-Modifikationen und die damit verbundenen Proteine wichtige zelluläre Prozesse und Funktionen regulieren.

• DFG-Verfahren: WBP Stipendium
• Internationaler Bezug: Großbritannien
• Gastgeber: Professor Dr. Shankar Balasubramanian