Die Biogenese von Nukleosom-'Arrays' und deren Verschwinden während der Zellalterung

• Antragsteller: Professor Dr. Felix Müller-Planitz
• Fachliche Zuordnung: Biochemie ; Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 497659230

Nukleosomen und Nukleosom 'Remodeling' Enzyme spielen entscheidende Rollen für die Zelle und die menschliche Gesundheit. Alternde Zellen erleiden zum Beispiel drastische Änderungen ihrer Nukleosomenlandschaft, was Genominstabilität nach sich zieht. Außerdem können Mutationen in Nukleosomen-‘Remodeling’ Faktoren Krebs auslösen. Man denkt, dass große Teile des Genoms mit regelmäßig angeordneten Nukleosomen, sog. Nukleosom-'Arrays', bedeckt sind. Diese ‘Arrays’ werden durch ISWI, Chd1 und, wie wir kürzlich entdeckt haben, INO80 ‘Remodeling’-Enzyme installiert. Die regelmäßige Anordnung von Nukleosomen ist überraschend schwer zu detektieren, weil die meisten Techniken, inkl. MNase-seq, Arrays zerstören müssen, um Nukleosomenpositionen zu bestimmen. Die meisten Techniken können auch nicht den Anteil der DNA messen, der mit Nukleosomen bedeckt ist. Nukleosomenkartierungstechniken wurden deshalb von uns und anderen entwickelt, die die regelmäßige Anordnung von Nukleosomen auf langen DNA Molekülen visualisieren können. Dazu benützen wir eine ‚Footprinting‘-Technologie. Wir verwenden Enzyme, die die DNA zwischen den Nukleosomen methylieren. Durch Long-Read-Sequenzierung erhalten wir die Positionen methylierter und unmethylierter Basen und somit die Fußabdrücke der Nukleosomen. Mit dieser ‚Footprinting‘-Technologie werden wir zunächst unsere Hypothese bestätigen, dass INO80 Abstände zwischen den Nukleosomen gleichmäßig verteilt. Danach unterziehen wir INO80 einer Struktur-Funktions-Analyse in vivo. Unsere ‚Footprinting’ Technologie wird uns auch helfen zu belegen, das die Transkription Nukleosomen-Arrays und evtl. sogar einzelne Nukleosomen zerstört. Zuletzt suchen wir zu verstehen, wie die Zelle, mit Hilfe von ‘Remodeling’ Enzymen, mit akuten oder altersbedingten Nukleosomenverlusten fertig wird. Hierzu untersuchen wir die Veränderungen im Chromatin, die während des Alterungsprozesses in Hefe und menschlichen Zellen vonstattengehen. Ein Vergleich der Ergebnisse ermöglicht es uns, konservierte Prinzipien des Alterns bei Eukaryoten abzuleiten.Die Herangehensweise, mit der wir ‘Array’-produzierende und -zerstörende Prozesse analysieren, wird in Zukunft nützlich sein, um die Funktionsweise oder Auswirkungen anderer Chromatinenzyme zu analysieren. Die Ergebnisse bergen das Potenzial, altersbedingte Symptome und Erkrankungen besser zu verstehen und zu behandeln.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen