Funktionelle Organisation koregulierter und durch TNFα oder TGFβ aktivierter RNA-Polymerase II Zellkern-Subkompartimenten

• Antragsteller: Professor Dr. Karsten Rippe
• Fachliche Zuordnung: Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 507951894

Während der Entwicklung oder als Reaktion auf äußere Signale organisiert sich das Genom in aktive oder repressive Chromatin-Subkompartimente, um für den Zelltyp-/zustand spezifische Genexpressionsprogramme zu implementieren. Wie diese Aufteilung auf der µm-Skala zustande kommt und mit der Transkriptionsaktivität zusammenhängt, ist eine seit langem offene Frage. Neuere Studien gehen davon aus, dass die Entmischung löslicher Faktoren aus dem Nukleoplasma in Proteintröpfchen um bestimmte Chromatin-Regionen durch eine Flüssig-Flüssig-Phasentrennung (LLPS) die Bildung aktiver "Transkriptionskondensate" antreibt. Es gibt jedoch alternative Modelle, die auf der Chromatin-Bindung von Proteinen und RNAs sowie auf lang- und kurzreichweitigen, überbrückenden Interaktionen zwischen diesen Faktoren und dem Looping der dazwischenliegenden Nukleosomenkette basieren. In dem hier vorgeschlagenen Projekt werden die Struktur-Funktions-Beziehungen untersucht, die dem Zusammenschluss von endogenen Promotoren und Enhancern zu koregulierten aktiven RNA Polymerase II (Pol II) Subkompartimenten zugrunde liegen. Die Transkriptionsaktivierung wird durch die Stimulation menschlicher Zellen mit TNFα (Signalisierung über den Transkriptionsfaktor NFκB) und TGFβ (Signalisierung über die Transkriptionsfaktoren SMAD2/3) ausgelöst. Diese beiden Zytokine bewirken eine akute bzw. verzögerte Induktion von spezifischen Genexpressionsprogrammen. In diesem zellulären System wurde die Aktivierung von koregulierten Genclustern bereits gezeigt. Darüber hinaus haben sowohl p65/RelA als Teil von NFκB als auch SMAD3 intrinsisch ungeordnete Regionen und können bei ektopischer Expression durch LLPS Flüssigkeitströpfchen bilden. Daher ist die Stimulation mit TNFα und TGFβ ideal geeignet, um einen möglichen Beitrag von LLPS zur Bildung und/oder Aktivierung von Pol II-Subkompartimenten zu untersuchen. Um die zugrundeliegenden Mechanismen zu entschlüsseln, werden wir modernste Methoden der Einzelzellsequenzierung und Fluoreszenzmikroskopie zu einem räumlich aufgelösten Transkriptomik-Ansatz kombinieren. Durch eine integrative Analyse der Koregulation, der Veränderungen in der RNA-Produktion, der Proteinmobilität und -interaktionen sowie der Chromatin-Eigenschaften werden wir die Organisationsprinzipien entschlüsseln, die der Bildung/Aktivierung von Pol-II-Unterkompartimenten bei TNFα- und TGFβ-Induktion zugrunde liegen. Auf diese Weise werden wir den Beitrag von LLPS zu diesem Prozess bewerten und unser Verständnis dafür erweitern, wie die dynamische Kernorganisation von Pol II-Subkompartimenten mit der Genaktivierung gekoppelt ist.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2202: 3-D-Genomarchitektur in Entwicklung und Krankheit