Deregulierung der 3D-Genomstruktur in Modellen für Gedächtnis- und Lernstörungen

• Antragstellerin: Professorin Dr. Ana Pombo, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung ; Bioinformatik und Theoretische Biologie ; Entwicklungsneurobiologie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 508057632

Chromatinregulatoren sind bei Entwicklungsstörungen, die mit neurologischen Beeinträchtigungen einhergehen, häufig mutiert. Geistige Behinderung wird beispielsweise mit Mutationen in Chromatinproteinen mit unterschiedlichen Funktionen, wie CTCF, ATRX und SATB2, in Verbindung gebracht. Wie Angst-Experimente in Mäusen gezeigt haben, führt konditionaler Knockout (cKO) dieser Faktoren in post-mitotischen Pyramidenzellen zu elektrophysiologischen Funktionsstörungen und beeinträchtigt das Lernen und das Langzeitgedächtnis, welches vom Hippocampus gesteuert wird. Die direkten Auswirkungen des Verlusts von CTCF, SATB2 und ATRX auf die Chromatinregulation und die betroffenen Gene müssen jedoch noch aufgeklärt werden.Hier schlagen wir vor, die Folgen des Verlusts von CTCF, ATRX oder SATB2 in vivo direkt in glutamatergen Pyramidenzellen des reifen Hippocampus der Maus zu untersuchen. Mit modernen Methoden, wie Genome Architecture Mapping (GAM), werden wir die 3D-Faltung von Chromatin kartieren, und mit 10x Genomics Multiome, sowohl die Genexpression als auch die Chromatinzugänglichkeit in einzelnen Zellen erfassen. Wir werden einen Atlas der durch die cKOs betroffenen regulatorischen Regionen für alle Hippocampuszellen und Karten der veränderten Chromatinkontakte erstellen. Wir werden die Veränderungen in der Chromatinstruktur genomweit auf verschiedenen Ebenen der 3D-Genomorganisation charakterisieren und die Transkriptionsfaktoren und Chromatin-Regulationswege identifizieren, die der veränderten Genexpression und 3D-Genomfaltung zugrunde liegen. Wir werden uns auf die Veränderungen in der Chromatinstruktur und der Genexpression konzentrieren, die allen drei Mutanten gemein sind, um mögliche Signalwege zu identifizieren, die an den Lern- und Gedächtnisstörungen beteiligt sind. Wir werden Gene validieren, die in allen cKOs betroffen sind, da diese potentielle Angriffspunkte für die Verbesserung von Lernstörungen darstellen.Letztendlich wollen wir auch unser Wissen über die Chromatinregulation in spezialisierten postmitotischen Neuronen erweitern. Unsere Hypothese ist, dass der Beginn der Funktionsstörung des Hippocampus bei Lernbehinderungen auf Mechanismen der Chromatin-Dysfunktion zurückzuführen ist, und wir wollen ein Framework entwickeln, welches die Auswertung menschlicher Patientenproben beschleunigen kann.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2202: 3-D-Genomarchitektur in Entwicklung und Krankheit
• Mitverantwortlich: Dr. Alexander Kukalev