Die Rolle von Pluripotenzfaktoren bei der Spezifizierung der Keimblätter im Wirbeltierembryo

• Antragstellerin: Dr. Daria Onichtchouk
• Fachliche Zuordnung: Entwicklungsbiologie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 497658974

Die Aktivierung des zygotischen Genoms (ZGA) in Zebrafischembryonen hängt von Pou5f3, Sox19b und Nanog ab, den Homologen der pluripotenten Transkriptionsfaktoren von Säugetieren. Die Bindung dieser Faktoren an Tausende von regulatorischen Regionen früher zygotischer Gene erhöht die Zugänglichkeit von Chromatin und bereitet die Gene auf die Aktivierung vor. Wie Pou5f3, Sox19b und Nanog miteinander und mit den Signalen interagieren, die den Embryo in die drei Keimschichten Ektoderm, Endoderm und Mesoderm einteilen, ist noch wenig bekannt. Ziel des vorliegenden Vorschlags ist es, die regulatorische Rolle der Pluripotenzfaktoren in den sich differenzierenden Geweben des frühen Embryos in Zeit und Raum zu klären. Wir werden zunächst ein gleichzeitiges Profil der Genexpression (Einzelkern-Transkriptom) und des offenen Chromatins (Einzelkern-ATAC-seq) von Wildtyp-Embryonen erstellen, um die vorhandenen Einzelzell-Transkriptomdaten um die regulatorische Ebene zu ergänzen. Wir werden die Embryonen in verschiedenen Stadien zwischen der ZGA und dem Beginn der Organogenese verwenden, die den Zeitraum von pluripotenten Zellen bis zum Ende der Pluripotenz umfassen. Die Stadien werden mit den ATAC-seq-Massendaten und dem öffentlich zugänglichen, groß angelegten Einzelltranskriptom-Referenzbaum für die Embryogenese des Zebrafisches abgeglichen. Diesem Baum zufolge wählen somatische Zellen kurz vor Beginn der Gastrulation zwischen drei Spezifikationswegen (axiales Mesoderm, anderes Mesoderm und Ektoderm). Wir erwarten daher, dass die Kombination von ATAC-seq- und Kerntranskriptionsdaten es uns ermöglichen wird, differenzierende Zellpopulationen noch früher zu gruppieren, da die Bildung nukleosomfreier Regionen an Genregulationsstellen vermutlich der Genexpression vorausgeht. Anhand des im ersten Schritt gewonnenen regulatorischen Wildtyp-Entwicklungsatlas werden wir den Zeitpunkt auswählen, an dem die Zellpopulationen stabil aufgelöst werden können. Dann werden wir zu diesem Zeitpunkt ähnliche ATAC-seq- und Transkriptomanalysen an den Einzel-, Doppel- und Dreifachmutanten mit den Pluripotenzfaktoren durchführen. Die Datenanalyse wird sich mit der Frage befassen, ob die verschiedenen Zellpopulationen in den Mutanten überhaupt aufgelöst werden können, und, falls ja, welche embryonalen Gewebe fehlen oder im Vergleich zum Wildtyp verändert sind. Außerdem wollen wir mögliche gewebespezifische Interaktionspartner der Pluripotenzgene identifizieren und die Ursachen für die vorzeitige Expression der späten Regulationsfaktoren in den Pluripotenzmutanten aufklären. Die Ergebnisse werden neue Erkenntnisse über den Zusammenhang von Pluripotenz, Differenzierung und Entwicklungsplastizität liefern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen