Die Rolle der 3D-Chromatinarchitektur bei der zygotischen Genomaktivierung in totipotenten Mausembryonen

• Antragstellerin: Anastasiia Bondarieva, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Entwicklungsbiologie ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 519613997

Eine totipotente Zygote ist eine einzelne Zelle, aus der alle Keimblätter und extraembryonalen Zellgewebe hervorgehen können, die für die Entwicklung eines Organismus erforderlich sind. Bemerkenswerterweise wird eine Zygote während der Befruchtung durch Verschmelzung von zwei differenzierten Gameten, der Ei- und Spermienzellen, gebildet. Um Totipotenz zu erlangen, werden die transkriptionell inaktiven Elterngenome epigenetisch umprogrammiert und ihr Chromatin reorganisiert. Die Elterngenome werden anschließend während der zygotischen Genomaktivierung (ZGA) transkriptionell aktiv. Die molekularen Mechanismen des Übergangs von Eizelle zu Embryo und der ZGA sind zwischen verschiedenen Organismen nicht universell und es gibt große Lücken im Verständnis dieser grundlegenden Prozesse in der Säugetierentwicklung. Kürzlich haben Studien mehrerer Laboratorien, einschließlich dem Tachibana Labor, Einblicke in die 3D-Chromatinarchitektur während der Präimplantationsentwicklung bei Säugetieren gegeben. Diese Studien zeigten, dass das Genom früher Embryonen drei-dimensional auf verschiedenen Ebenen organisiert ist. Zygotisches Chromatin wird in Cohesin-abhängige Schleifen gefaltet, die sich zu CTCF-abgegrenzten topologisch assoziierten Domänen (TADs) zusammenfügen. In Mausembryonen entsteht die zygotische Genomarchitektur zum Zeitpunkt der ZGA-Initiation und es wurde gezeigt, dass die Bildung von DNA-Schleifen und TADs im frühen Embryo nicht von der Transkription abhängt. Gleichzeitig ist nicht bekannt, ob die Entstehung der 3D-Chromatinarchitektur in der Zygote für die ZGA-Initiation wichtig ist. Ich werde Mausgenetik, Embryomanipulationsmethoden, modernste Mikroskopietechniken und genomische Methoden wie RNA-seq und Single-Nucleus Hi-C, das im Tachibana Labor entwickelt wurde, verwenden, um die Frage zu beantworten, ob die rechtzeitige Entstehung und Dynamik der 3D-Chromatinarchitektur für eine effiziente Initiation der embryonalen Transkription erforderlich sind.

• DFG-Verfahren: WBP Stelle