Untersuchung zur evolutionären Transition der Nukleosomen Assemblierung

• Antragstellerin: Professorin Dr. Sandra Brigitte Hake
• Fachliche Zuordnung: Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 468544632

Spezialisierte Histonproteine, sogenannte Histonvarianten, spielen eine wichtige Rolle in der Indexierung des Genoms in multiple Epigenome in Eukaryoten. Die Präsenz von Histonvarianten und ihren assoziierten Faktoren in spezifischen genomischen Regionen ist entscheidend für die Zelltyp-spezifische Genexpression in multizellulären Organismen. Basierend auf ihrer Anwesenheit im Genom sind spezielle Histonvarianten mit der Aktivierung oder Abschaltung der Transkription spezifischer Gene assoziiert. Histone und Histonvarianten werden durch unterschiedliche Chaperonkomplexe entweder Replikations-abhängig (RA) oder -unabhängig (RU) in Nukleosomen eingebaut um die Chromatinstruktur, die Verpackungs- und Funktionsform der DNA in Eukaryoten, zu bilden. Die meisten einzelligen Eukaryoten, wie auch die Hefen S. cerevisiae oder S. pombe, besitzen nur eine Form des Histon H3 Proteins. Allerdings kann dieses eine H3 Histon präferenziell durch spezifische Histonchaperonkomplexe entweder in einer RA- oder RU-Weise in Chromatin eingebaut werden. Anderseits besitzen mehrzellige Eukaryoten, wie auch der Mensch, viele verschiedene H3 Varianten, die durch unterschiedliche, jedoch evolutionär konservierte (funktionell und strukturell) und strikt zugeordnete Histonchaperonkomplexe entweder RA oder RU in Nukleosomen geladen werden. Bislang ist es nicht bekannt, ob Histonvarianten und ihre Chaperonkomplexe sich ko-entwickelt haben, oder ob das evolutionäre Erscheinen von Histonvarianten unabhängig von spezifischen Chaperonkomplexen stattfinden konnte. Candida albicans ist eines der am häufigsten isolierten Pilzpathogene aus immunsupprimierten Patienten und die weltweit primäre Ursache von nosokomialen Infektionen. Das einzigarte Auftreten einer Histon H3 Variante (H3VCTG) in diesem einzelligen Organismus und ihre Dynamik in der Modulation der morphogenetischen Transition zeigt ihre Bedeutung in der Regulation der Transition zwischen planktonischem und Biofilm-basiertem Wachstum. Allerdings ist unser Verständnis des molekularen Mechanismus der dafür notwendigen Genregulation durch H3VCTG stark eingeschränkt. In diesem Projekt wollen wir die benötigten Chaperonkomplexe, die H3VCTG in Chromatin einbauen können, identifizieren. Diese Studien werden uns neue Erkenntnisse über die funktionelle Konservierung und/oder Diversifizierung der notwendigen Varianten-spezifischen Chaperonkomplexe liefern und zur Entdeckung neuer Faktoren, die H3VCTG bei der Biofilm-Bildung funktionell assistieren, beitragen. Um zusätzliches Licht auf die evolutionäre Abhängigkeit dieses ungewöhnlichen Histonproteins von seinen Chaperonkomplexen zu werfen, planen wir H3VCTG in heterologen Modellsystemen zu exprimieren: in einzelligen Hefezellen und in multizellulären menschlichen Zelllinien. Diese Studien werden dabei helfen den funktionellen Drift in dem Erkennungsprinzip zwischen Histonvarianten und deren zugehörigen Chaperonkomplexen über die evolutionäre Zeitachse hinweg zu entschlüsseln.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Indien
• Partnerorganisation: Department of Biotechnology (DBT) ; Ministry of Science and Technology
• Kooperationspartner: Professor Dr. Kaustuv Sanyal