Erforschung der Evolution repressiver genregulatorischer Elemente in Säugetieren

• Antragsteller: Dr. Lucas Esteban Wange
• Fachliche Zuordnung: Evolutionäre Zell- und Entwicklungsbiologie der Tiere ; Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung ; Evolution, Anthropologie
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 538828098

Die Genregulation gilt als der wichtigste Mechanismus, der zu einer enormen Vielfalt an Geweben, Zelltypen und verschiedenen Entwicklungsstadien führt, die sich aus einer einzigen Genomsequenz ergeben. Seit der Sequenzierung des menschlichen Genoms liegt ein Schwerpunkt der Genombiologie sowie der Entwicklungsbiologie und Biomedizin darauf, die Regeln der Genregulation zu verstehen. Ein erster wichtiger Schritt in diesem Bestreben besteht darin, regulatorische Elemente zu identifizieren und sie den Genen zuzuordnen, die sie regulieren. Während dies bei Promotoren, Enhancern und Isolatoren durch eine Kombination verschiedener epigenetischer Markierungen wie Histonmodifikationen, DNA-Methylierung oder dem Binden von Transkriptionsfaktoren möglich ist, bleibt es bei Silencern schwierig sie genomweit zu identifizieren. Neuere Studien haben versucht, diese Lücke zu schließen, indem sie verschiedene Arten von Informationen kombinierten und Silencer mittels maschinellem Lernen vorhersagten. Diese Studien haben Wege zur Identifizierung von Silencern aufgezeigt, aber es fehlt eine wichtige Information. Evolutionäre Informationen, insbesondere Konservierung von DNA Sequenzen, wurden schon früh genutzt, um Genregulation besser zu verstehen. Aufgrund der Schwierigkeiten, Silencer zu identifizieren, wurde ihre Evolution bisher nicht systematisch untersucht. In diesem Projekt werde ich Silencer in Primaten und Säugetieren identifizieren, um ihre Evolution zu verstehen und Zugewinne oder Verluste in bestimmten Taxa zu identifizieren und deren Funktion in vitro zu validieren. In einem ersten Schritt werde ich einen bereits vorhandenen Datensatz verwenden, der fünf Primatenarten umfasst, einschließlich des Menschen und von dem Gast-Labor erstellt wurde. Mit diesem Datensatz werde ich Methoden zur Identifizierung von Silencern in verschiedenen Arten anwenden, basierend auf zwei früheren Studien. Hiermit werde ich den ersten Katalog von Silencer-Kandidaten in nicht-menschlichen Primaten erstellen. Zweitens werde ich menschen-, affen- und primaten-spezifische Silencer-Kandidaten auswählen, um diese in einem Massiv-Parallelen-Reporter-Assay funktional zu validieren. Nachdem ich ihre Fähigkeit, die Genexpression zu mindern, bestätigt habe, werde ich ihre Aktivität zwischen den Arten vergleichen. Als drittes Ziel werde ich ein umfassendes regulatorisches Profil von 24 Säugetieren unter der Verwendung primärer Fibroblasten-Zelllinien erstellen, um die Evolution der Silencer in einer breiten phylogenetischen Stichprobe zu untersuchen. Ich werde genomweiter DNA-Methylierung, Chromatin Zugänglichkeit, Histonmodifikationen und RNA-Sequenzierungs Daten gewinnen und diese zur Identifikation von Silencern verwenden, um ihre Evolution mit Enhancern und Promotoren zu vergleichen. Anhand dieses Datensatzes werde ich die Konservierung und die Variabilität von Silencern in Säugetieren vergleichen und unsere Wissenslücke über repressive regulatorische Elemente schließen.

• DFG-Verfahren: WBP Stipendium
• Internationaler Bezug: Spanien
• Gastgeber: Professor Dr. Tomas Marques-Bonet