Transkriptionelle Reprogrammierung als Antwort auf Umwelteinflüsse: die Rolle produktiver RNA Polymerase II Transkriptelongation

• Antragsteller: Professor Dr. Klaus Grasser
• Fachliche Zuordnung: Biochemie und Biophysik der Pflanzen ; Genetik und Genomik der Pflanzen ; Zell- und Entwicklungsbiologie der Pflanzen
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 514058844

Die genomische DNA eukaryoter Organismen liegt verpackt in einer Nukleoproteinstruktur vor, die als Chromatin bezeichnet wird und deren Grundeinheit Nukleosomenpartikel sind. Dadurch dass die Nukleosomen den Zugang zur DNA begrenzen, reprimieren sie verschiedene DNA-abhängige Prozesse wie die Transkription von Genen. Dementsprechend benötigt die RNA Polymerase II (RNAPII), das mRNA synthetisierende Enzym, das Protein-kodierende Gene transkribiert, unterschiedliche Hilfsfaktoren, die eine produktive Transkriptelongation an Nukleosomen-verpackter DNA erleichtern. Zu den Proteinen, die die Elongationsphase der RNAPII Transkription fördern, gehören sogenannte Transkriptelongationsfaktoren (TEFs). Sie repräsentieren eine heterogene Gruppe von Proteinen, die unterschiedliche Funktionen besitzen wie die Anpassung der katalytischen Eigenschaften der RNAPII oder die Destabilisierung von Nukleosomen entlang des Weges des Enzyms, was eine effiziente mRNA Synthese ermöglicht. Entsprechend ihrer Funktion bei der Transkription von Genen tragen die TEFs dazu bei, die zellulären Transkriptmengen exakt einzustellen, wodurch sie verschiedene Stadien der Entwicklung modulieren. Unter Nutzung des Pflanzenmodells Arabidopsis haben wir kürzlich begonnen, die Beteiligung von TEFs an der pflanzlichen Antwort auf Umweltreize zu untersuchen. Unsere vorläufigen Analysen offenbarten, dass im Vergleich zu Kontrollen, mutante Pflanzen, denen bestimmte TEFs fehlen, deutliche Defekte in ihrer Antwort auf Stressbedingungen aufwiesen. Sich ändernde Umstände erfordern (relativ schnelle) transkriptionelle Umprogrammierung, die anscheinend besonders herausfordernd für die RNAPII Elongationsmaschinerie ist. Daher schlagen wir vor, durch Umweltstress induzierte transkriptionelle Umprogrammierung als Werkzeug einzusetzen, um die Funktionsweise von TEFs in einem sinnvollen biologischen Zusammenhang zu studieren. Mutanten, denen verschiedene TEFs fehlen, sollen einer Reihe von Stressbedingungen (z.B. Hitze, Kälte, Trockenheit) ausgesetzt werden, um die RNAPII Elongation zu fordern. Unter Einsatz Genom-weiter Analysen (Transkript-profiling, Chromatinimmunpräzipitation in Kombination mit Untersuchungen zur Positionierung/Stabilität von Nukleosomen) beabsichtigen wir hierbei, die molekulare Beteiligung unterschiedlicher TEFs an der pflanzlichen Antwort auf abiotische Stressbedingungen zu charakterisieren. Abschließend kann man feststellen, dass das vorgestellte Projekt neuartige Einblicke in Funktionsweise von TEFs bei der transkriptionellen Umprogrammierung liefern wird. Darüber hinaus wird es zu einem vollständigeren Verständnis der pflanzlichen Antwort auf Umweltstress beitragen, was auch vor dem Hintergrund des fortschreitenden Klimawandels relevant sein könnte.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen