Verständnis von Heterochromatinbarrieren durch Untersuchung der räumlichen Regulation der mutmaßlichen Histon-Demethylase Epe1

• Antragsteller: Professor Dr. Sigurd Braun
• Fachliche Zuordnung: Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 529513809

Dieses Vorhaben zielt darauf ab, die unterschiedlichen Regulationsebenen zu untersuchen, welche die Chromatinassoziation eines Barrierefaktors kontrollieren. Chromatingrenzen sind entscheidend bei der Aufrechterhaltung von "stillen" Heterochromatin- und "aktiven" Euchromatin-Bereichen. Abgrenzung und Aufrechterhaltung dieser Chromatindomänen gewährleisten eine geordnete Regulierung der Genexpression und tragen damit entscheidend zur zellulären Identität bei. Verschiedene DANN-Elemente wurden bereits identifiziert, welche die Rekrutierung von Barrierefaktoren vermitteln. Dennoch ist die Regulierung von Chromatingrenzen sehr komplex und beinhaltet weitere Regulationselemente. Wir konnten zeigen, dass die Chromatinassoziation von Epe1, eine mutmaßlichen Histon-Demethylase und Barrierefaktor in Schizosaccharomyces pombe (Spalthefe), räumlich und zeitlich durch Ubiquitin-abhängigen Abbau reguliert wird. Durch diesen Mechanismus wird die Ausbreitung von Epe1 auf die Grenzbereiche zwischen Eu- und Heterochromatin beschränkt. Dieses epigenetische Konzept der Ausbildung von Chromatinbarrieren unterscheidet sich von solchen, die auf DANN-Bindungssequenzen beruhen. Wie Epe1 jedoch an den Chromatingrenzen vor Proteinabbau geschützt wird und wie es seine Barrierefunktion ausübt, ist bislang wenig verstanden. In diesem Vorhaben möchten wir den Mechanismus der Epe1-Regulation entschlüsseln, indem wir die Wechselwirkungen mit seinen verschiedenen Bindungspartnern untersuchen. Unsere unveröffentlichten Daten zeigen, dass die Entfernung der unstrukturierten C-terminalen Region den Epe1-Abbau verhindert. Dies führt zur Akkumulation von Epe1 innerhalb von Heterochromatin und löst einen Silencing-Defekt aus. Wir vermuten daher, dass der C-terminale Bereich (neben anderen Funktionen) entscheidend an dem Abbau von Epe1 mitwirkt, aber an den Chromatingrenzen maskiert ist. Unser Ziel ist es, diese Funktionen zu trennen und den Mechanismen zu identifizieren, der Epe1 vor dem Abbau schützt. Ein Kandidat ist das Bromodomänenprotein Bdf2, das von Epe1 an die Heterochromatingrenzen rekrutiert wird. Unsere Daten zeigen, dass die Chromatinbindung von Epe1 in Abwesenheit von Bdf2 (bdf2∆) vermindert ist. Dies ist jedoch nicht der Fall, wenn wir eine verkürzte Epe1-Version, dem der C-terminale Bereich fehlt, in bdf2∆ Zellen exprimieren. Daher möchten wir die Hypothese zu testen, dass Bdf2 Epe1 vor Ubiquitin-abhängigem Abbau schützt, indem es seine Erkennungs- oder Ubiquitinierungsstellen maskiert. Ferner wollen wir die Wechselwirkungen mit Bdf2- und HP1-Proteinen untersuchen, die beide zur Chromatinbindung von Epe1 beitragen, jedoch an unterschiedlichen Regionen. Durch die Aufklärung dieser Mechanismen und Einblicke in die Koordination dynamischer Wechselwirkungen verschiedener Proteinpartner wird unser Vorhaben zu einem besseren Verständnis der Architektur von Heterochromatingrenzen beitragen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen