Genomweite Auswirkungen der oszillierenden Genexpressions-Dynamik während Entwicklung und Stress

• Antragsteller: Nicolas Battich, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 546015003

Transkriptionsfluktuationen in verschiedenen zellulären Prozessen, wie zum Beispiel der Differenzierung oder der Reaktion auf genomischen Stress, sind ein grundlegendes Merkmal der Genexpression. So führen beispielsweise während der frühen Embryogenese von der sogenannten Segmentationsuhr gesteuerte Oszillationen zur Bildung von Somiten. Ebenso löst eine negative Rückkopplungsschleife p53-Mdm2 Transkriptionsfluktuationen als Reaktion auf genomischen Stress durch ionisierende Strahlung aus. Über das Ausmaß, in dem sich diese transkriptionellen Schwankungen von der naszierenden zur reifen RNA und im gesamten Genom unter der Kontrolle komplexer genregulatorischer Netzwerke (GRN) ausbreiten, ist jedoch sowohl im Zusammenhang mit der Entwicklung als auch mit genomischem Stress noch wenig bekannt. Außerdem ist nicht bekannt, inwieweit Parameter wie die Kernexportrate der RNA oder deren Abbau die Ausbreitung der Oszillationen beeinflussen. Zudem ist unklar, wie diese unterschiedlichen Oszillationsphasen von den jeweiligen GRN erzeugt werden, zumal an diesen Prozessen Hunderte von Genen beteiligt sind, die in unterschiedlichen Phasen oszillieren. Im vorliegenden Projekt wollen wir eine neue Strategie entwickeln, um diese offenen Fragen zu adressieren. Dazu stützen wir uns auf zeitlich aufgelöste Einzelzell-RNA-Sequenzierung, um 1) regulierte Transkriptionsoszillationen zu erkennen und sie von stochastischer Zell-zu-Zell-Variabilität zu unterscheiden sowie 2) ihre genomweite Ausbreitung zu untersuchen. Dazu gehört auch die Bewertung der Parameter, die die Ausbreitung von naszierender zu reifer mRNA einschränken, sowie die Bestimmung der Art und Weise, wie verschiedene GRN im Kontext von genomischem Stress und menschlicher Somitogenese unterschiedliche oszillierende Phasen erzeugen. Zusammenfassend wird das Projekt allgemeine Charakteristika und Parameter identifizieren, die der Regulierung und Ausbreitung kontrollierter transkriptioneller Oszillationen in komplexen menschlichen Zellsystemen zu Grunde liegen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Großgeräte: Microfluidic Platform for Single Cell-Omics
• Gerätegruppe: 3190 Sonstige Geräte der Klinischen Chemie und Molekularbiologie