Entschlüsselung der Interaktionen biologisch und therapeutisch bedeutender Moleküle mit Genomen

• Antragsteller: Dr. Jonas Feldmann
• Fachliche Zuordnung: Biochemie ; Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung ; Organische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 549906483

Die Aufklärung der Chromatinstruktur ist bedeutend für die Entschlüsselung der Mechanismen, welche der DNA-Funktion zugrunde liegen, sowie für das Verständnis therapeutischer Ansätze. Trotz der Fortschritte in der Genomsequenzierung und der Chromatinbiologie ist das Wissen über genomische Bindungsstellen und Interaktionsmöglichkeiten mit kleineren Molekülen nach wie vor begrenzt. Diese Interaktionen sind vielseitig und können DNA-Interkalatoren, DNA-Motivbinder und solche Moleküle umfassen, welche DNA-assoziierte Proteine binden. Das Erforschen dieser Interaktionen ist essenziell für die Entschlüsselung regulatorischer Prozesse wie Genregulation, Replikation, Transkription, DNA-Reparatur und Chromatinumbau. Darüber hinaus beschleunigt die Kartierung von Molekül-Interaktionen die Entwicklung neuer Medikamente und die Erforschung krankheitsbezogener Mechanismen. Abnormale Interaktionsmuster könnten auf bestimmte Funktionsstörungen und Krankheiten hinweisen und so die Diagnostik voranbringen. Während es zahlreiche Methoden zur Kartierung von DNA-Protein-Interaktionen gibt, sind Methoden zur Identifikation von DNA-Molekül-Interaktionen eher rar gesät und wenig sensitiv. Darüber hinaus ist die Untersuchung von Interaktionen zwischen DNA und kleineren Molekülen in lebenden oder einzelnen Zellen nach wie vor eine Herausforderung, und die gleichzeitige Kartierung verschiedener Moleküle bleibt bislang unerreicht. Um mehrere dieser Herausforderungen zu lösen, möchte ich eine neue Methode zur Kartierung von Interaktionen zwischen DNA und kleinen Molekülen vorschlagen, welche die etablierten Technologien übertreffen und deren Anwendungsbereich erweitern soll. Im Gegensatz zu den verfügbaren Methoden, die eine Vielzahl von Biomolekülen, einschließlich Antikörpern, einsetzen, um eine Endonuklease (Tn5-Transposase) zu rekrutieren, werde ich den enzymatischen Komplex über Click-Chemie kovalent mit Wirkstoffmolekülen verknüpfen. Diese direkte und maßgeschneiderte Rekrutierung von Tn5 macht nicht nur die Verwendung anderer Biomoleküle obsolet, sondern kann auch die allgemeine Sensitivität erhöhen. Das finale Protokoll wird zeitsparend sein und die technische Reproduzierbarkeit verbessern. Darüber hinaus wird die Verwendung wirkstoffspezifischer Barcodes die gleichzeitige Kartierung verschiedener Moleküle ermöglichen. Diese Co-Mapping-Strategie erlaubt die Untersuchung synergistischer Wechselwirkungen verschiedener Medikamente, und ihrer Kombinationsmöglichkeit zur Behandlung komplexer Krankheiten wie Krebs. Diese Experimente waren mit den verfügbaren Technologien bisher nicht durchführbar und stellen einen bedeutenden innovativen Schritt dar.

• DFG-Verfahren: WBP Stipendium
• Internationaler Bezug: Großbritannien
• Gastgeber: Professor Dr. Shankar Balasubramanian