Cis-agierende DNA-Sequenzelemente der GLI-Gene und damit interagierende Faktoren zur spatio-temporalen Steuerung der Expression
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Transkriptionsfaktoren der GLI-Genfamilie setzen während der Embryonalentwicklung durch Hedgehog-Moleküle gerichtet ausgesandte Signale in Aktivierung oder Repression von Zielgenen um. Dabei müssen ihre Gene orts- und zeitgerecht in der richtigen Menge transkribiert und translatiert werden. Wir haben im Verlaufe des Vorhabens einen basalen GLI3 Promoterbereich auf etwa 300 bp eingegrenzt und durch evolutionären Sequenzvergleich cis-agierende Sequenzen (Enhancer) im GLI3-Gen identifiziert. Bis zum Pufferfisch konservierte nicht-kodierende Sequenzelemente (CNEs) des GLI3-Gens als potentielle Aktivatoren oder Inhibitoren der Transkription liegen in Introns des Gens. Durch Expressionsstudien in menschlichen Zellkulturen sowie in transgenen Embryonen von Zebrafisch, Hühnchen und Maus, konnten wir zeigen, dass die CNEs Ort, Zeitpunkt und Quantität der Expression von Reportergenen in einer Weise steuern können, wie man es von GLI3-spezifischen Aktivatoren erwartet. In diesem Projekt nachgewiesene GLI3- Enhancerregionen wurden durch Arbeiten anderer Arbeitsgruppen bestätigt. Verwandte Sequenzen sind im Bereich der paralogen GLI1 und GLI2-Gene, deren Expressionsorte mit denen von GLI3 assoziiert sind, nicht vorhanden. Bei Säugetieren konservierte, nichtkodierende Sequenzen der GLI2-Genregion wirkten in Reportergenanalysen nicht als Aktivatoren. Offenbar wird kein in der Evolution konservierter Steuercode für ort- und zeitgleiche Expression dieser Familie paraloger Gene genutzt. Durch evolutionären Sequenzvergleich auf der Proteinebene konnten wir zeigen, dass die Entstehung der paralogen Chromosomenbereiche, die neben anderen die GLI-Gene enthalten, nicht durch Duplikationsschritte ganzer Genome zu erklären sind. Zwei der gefundenen Enhancer, CNE6 und CNE11, sind Steuerelemente der Gliedmaßenentwicklung. Teilbereiche dieser Enhancer mit unterschiedlichen Transkriptionsfaktorbindestellen können als Aktivatoren oder Repressoren wirken. Mutationen in diesen Gliedmaßenspezifischen Enhancern konnten bisher bei Patienten mit Störungen der Gliedmaßenentwicklung nicht nachgewiesen werden. Die Beschreibung von Sequenzbereichen, die die Expression von GLI3 regulieren, ist ein Beitrag zum Verständnis der Musterbildung während der Embryonalentwicklung und demonstriert gleichzeitig, dass in hochkonservierten, nicht codierenden DNA-Sequenzen im Genbereich Enhancerelemente liegen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Cis-acting elements controlling the expression of the human GLI3 gene. Dissertation, FB Biologie, Philipps-Universität Marburg, 2005
Paparidis Z
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An insight into the phylogenetic history of HOX linked gene families in vertebrates. BMC Evolutionary Biology 2007,7:239
Abbasi AA, Grzeschik KH
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Human GLI3 intragenic conserved non-coding sequences are tissue-specific enhancers. PLoS ONE. 2007;11,2(4):e366
Abbasi AA, Paparidis Z, Malik S, Goode DK, Callaway H, Elgar G, Grzeschik KH
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Ultraconserved non-coding sequence element controls a subset of spatiotemporal GLI3 expression. Dev Growth Differ 2007; 49(6):543-53
Paparidis Z, Abbasi AA, Malik S, Goode DK, Callaway H, Elgar G, deGraaff E, Lopez-Rios J, Zeller R, Grzeschik KH
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GLI genes: Cis-acting regulatory elements. Dissertation, FB Medizin, Philipps-Universität Marburg, 2008
Abbasi AA
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Evolution and Functional Diversification of the GLI Family of Transcription Factors in Vertebrates. Evolutionary Bioinformatics 2009;5:5-13
Abbasi AA, Goode DK, Amir S, Grzeschik KH
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Point Mutations in GLI3 Lead to Misregulation of its Subcellular Localization. PloS ONE 2009; 4(10): e7471
Krauß S, So J, Hambrock M, Köhler A, Kunath M, Scharff C, Wessling M, Grzeschik KH, Schneider R, Schweiger S
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Intronic enhancers control distinct sub-domains of Gli3 expression during mouse CNS and limb development. BMC Developmental Biology 2010;10:44
Abbasi AA, Paparidis Z, Malik S, Bangs F, Schmidt A, Koch S, Lopez-Rios J, Grzeschik KH
