Genomik der Stacheln des Igels

• Antragsteller: Professor Dr. Stefan Mundlos
• Fachliche Zuordnung: Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung ; Entwicklungsbiologie ; Evolutionäre Zell- und Entwicklungsbiologie der Tiere
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 511951879

Evolutionäre Prozesse haben zu den unterschiedlichsten Anpassungen an die Herausforderungen der Umwelt geführt. Wie sich solche Anpassungen entwickeln und wie sie im Genom kodiert werden, bleibt eines der großen Rätsel der Biologie. In diesem Antrag werden wir ein faszinierendes Phänomen der Evolution untersuchen, nämlich die Entwicklung von Stacheln bei Igeln, insbesondere beim Vierzehenigel (Atelerix albiventris), von dem wir eine Zuchtkolonie haben. Das Projekt besteht aus fünf Teilen. (1) Unser erstes Ziel ist es, das von uns bereits erstellte Igelgenom mit dem der Maus und des Menschen zu vergleichen, um (i) nach Verlusten und Zugewinnen von Genen und Genfamilien zu suchen, (ii) Brüche in der Syntenie, einschließlich Kopienzahlvariationen (Deletionen, Duplikationen), aufzuspüren und (iii) Kandidaten-Genomregionen zu identifizieren, in denen Topologisch Assoziierte Domänen (TAD) betroffen sind. Anschließend werden wir das Vorhandensein dieser Veränderungen in Genomen anderer Igel und verwandter Arten (Maulwurf und Spitzmaus) überprüfen, um diejenigen zu identifizieren, die spezifisch für die Igelstammlinie sind. (2) Wir werden eine Expressionsanalyse anhand von Einzelzelldaten (sc) aus der dorsalen und ventralen Haut von Igel- und Mausembryonen in zwei Stadien durchführen: (a) wenn die Haut undifferenziert ist und (b) wenn sich die Plakoden, der Vorläufer der Haare/Stacheln, bilden. Anhand dieser Daten werden wir eine Expressionskarte des Maus- und Igelembryos in der Haut erstellen. Parallel dazu werden wir aktive Enhancer- und Promoterregionen in der sich entwickelnden Haut identifizieren. Haut mittels ChIP-seq für Chromatinmodifikation und ATAC-seq. (3) In einer integrierten Datenanalyse werden wir die Ergebnisse aus Ziel 1 und 2 zusammenführen, um Veränderungen in der Enhancer-Aktivität und/oder genomische Umlagerungen an Syntenie-Brüchen zu identifizieren, die zu veränderten regulatorischen Landschaften von Genen führen, die in der Igel-Rückenhaut unterschiedlich exprimiert werden. Vergleiche werden innerhalb der Igel-Proben durchgeführt - Prä-Placode- vs. Placode-Haut und dorsale vs. ventrale Haut - sowie durch Vergleiche mit den Expressionsprofilen der Maus. (4) Wir werden In-situ-Hybridisierungen an Igel- und Mausembryonen durchführen. Sobald der Zeitpunkt der Expression jedes Kandidatengens bestimmt ist, werden wir die Funktionstests in Ex-vivo-Hautkulturen von Igel und Maus durchführen. (5) Schließlich werden wir mit Hilfe der CRISVar-Technologie in der Lage sein, das Genom der Maus so zu manipulieren, dass es igelspezifische genomische Umlagerungen rekapituliert. Darüber hinaus werden wir mit dem iGONAD-Ansatz zum ersten Mal eine Transgenese bei Igeln etablieren, um die Veränderungen, die zum Auftreten der Stacheln geführt haben, zumindest teilweise rückgängig zu machen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Schweiz
• Kooperationspartnerin: Dr. Athanasia Tzika