Transiente Assoziation von Genen mit RNA-Polymerase-II-Clustern als Mechanismus der Genregulation während der frühen Embryonalentwicklung

• Antragsteller: Professor Lennart Hilbert, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Zellbiologie ; Biophysik ; Entwicklungsbiologie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 504473957

Um Homöostase und Funktion aufrechtzuerhalten, benötigen Zellen eine präzise Kontrolle der Gene, die von der DNA in RNA umgeschrieben werden. In Situationen, in denen Zellen umfangreiche Umstrukturierungen in ihrem Transkriptionsverhalten unterlauen, wurde die Bildung ungewöhnlich großer Cluster von RNA-Polymerase-II-Komplexen beobachtet. Jüngste Ergebnisse haben zu einem "Hit-and-Run"-Modell geführt, bei dem die Genaktivierung oder -repression durch eine vorübergehende Assoziation der betroffenen Gene mit diesen großen Polymerase-II-Clustern erreicht wird. Eine spezifischere Version dieses Modells, das "Hit-and-Run"-Kondensatmodell, geht davon aus, dass makromolekulare Ansammlungen, die sich wie Flüssigkeiten verhalten, eine Schlüsselrolle spielen. In dieser Forschungsarbeit werden wir untersuchen, inwieweit das "Hit-and-Run"- oder das spezifischere "Kondensat-Hit-and-Run"-Modell mit experimentellen Beobachtungen übereinstimmt, indem wir Methoden der Superauflösungs-Mikroskopie im Kontext der embryonalen Entwicklung einsetzen. Unsere früheren Veröffentlichungen und Vorarbeiten zur frühen embryonalen Entwicklung des Zebrafisches belegen, dass ein Teil der transkribierten Gene vorübergehend die großen Polymerase-II-Cluster "besucht". Wir haben beobachtet, dass sich im Laufe der Embryonalentwicklung sowohl die Transkriptionsaktivität als auch das Besuchsverhalten dieser Gene deutlich verändert. In unseren Studien werden wir spontane Veränderungen der Transkriptionsaktivität, gezielte experimentelle Störungen der Transkriptionskontrolle und modernste Methoden der Superauflösungs-Mikroskopie nutzen, um die beiden "Hit-and-Run"-Modelle der Transkriptionskontrolle gründlich zu untersuchen. Unsere Ergebnisse werden dazu beitragen, ein mechanistisches Verständnis eines der zentralen zellbiologischen Prozesse zu erlangen, nämlich der selektiven Umsetzung genetischer Information in Zelltyp und Zellfunktion. Dieser Prozess ist von entscheidender Bedeutung, zum Beispiel bei der embryonalen Entwicklung, der Entstehung und Behandlung von Krebs und den Reaktionen des menschlichen Körpers auf schädliche Umwelteinflüsse.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen