Quantitative Charakterisierung der in vivo Modularität und Grenzen von Enhancern in Drosophila

• Antragsteller: Professor Dr. Nicolas Gompel
• Fachliche Zuordnung: Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung ; Entwicklungsbiologie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 531924191

Transkriptions-Enhancer steuern in welchen Zellen, zu welchem Zeitpunkt und in welchem Umfang ein bestimmtes Gen von einem Kernpromotor transkribiert wird. Die Präzision dieses Prozesses ist zum Beispiel für die normale Embryonalentwicklung aller mehrzelligen Organismen notwendig. Klassischerweise wurden Enhancer in Reporter-Assays charakterisiert, bei denen die regulatorische Aktivität eines DNA-Abschnitts in Zellkulturen oder in transgenen Organismen getestet wird. Dieser Ansatz begründete das gängige Lehrbuchmodell: Enhancer sind kurze (100-1000 bp), diskrete Abschnitte der DNA-Sequenz, die als unabhängige Module arbeiten. Mit Hilfe eines neuen, quantitativen Ansatzes zur Kartierung von Enhancern in vivo konnten wir kürzlich zeigen, dass die Enhancer des Gens yellow, welches die Pigmentierung der Flügel von Fliegen (Drosophila) steuert, nicht als isolierte Module funktionieren, sondern deutlich breiter (~4000 bp) und verwobener sind, als gängige Modelle vorhersagen. Vorläufige Hinweise deuten darauf hin, dass sich die Ergebnisse auf einen weiteren Enhancer von yellow im Körper der Fliege erstrecken. Diese Situation stellt den Begriff der Enhancer-Modularität, ein Schlüsselkonzept zum Verständnis der Entwicklungs- und Evolutionsbiologie in Frage. Im vorliegenden Projekt möchten wir zunächst detailliert, quantitativ beschreiben, inwieweit die regulatorischen Informationen zwischen diesen verschiedenen Enhancern vermischt sind. Weiterhin wollen wir verstehen, durch welche Mechanismen die Enhancer ihre funktionelle Modularität erreichen. Wir vermuten, dass die regulatorische Information durch die regulierte Zugänglichkeit der DNA selektiv in verschiedenen Geweben verfügbar sein könnte. Wir werden diese Hypothese testen, indem wir die Determinanten der Zugänglichkeit von Enhancern in cis und in trans für die Körper- und Flügel-Enhancer analysieren. Um diese Ziele zu erreichen, werden wir Reporter-Assays in transgenen Drosophila, computergestützte und quantitative Bildanalysen, Modelling und genomische Methoden kombinieren. Wir erwarten, dass unsere Ergebnisse zur Neudefinition von Transkriptions-Enhancern beitragen, aber auch aufzeigen, wie regulatorische Information von verschiedenen, sich überlappenden Enhancern selektiv mobilisiert werden kann.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen