Eine dynamische zelluläre und molekulare Analyse von R-Loop-vermittelten Transkriptions-Replikations-Konflikten

• Antragsteller: Dr. Stephan Hamperl; Professor Brian Luke, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung ; Biochemie ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 552129721

Konflikte zwischen Transkription und Replikation (Transcription-Replication Conflicts, TRCs) stellen eine wichtige intrinsische Quelle genomischer Instabilität dar, die ein Kennzeichen von Krebszellen ist. In einem Konfliktszenario können die beiden Maschinerien entweder in Kopf-an-Kopf- (Head-on, HO) oder in co-direktionaler (CoD) Ausrichtung aufeinandertreffen. TRCs, die R-Loop-Strukturen beinhalten, also dreisträngige Nukleinsäurestrukturen mit RNA:DNA-Hybriden, zeigen in verschiedenen Zellsystemen, einschließlich Hefen und Säugerzellen, besonders nachteilige Auswirkungen auf die genomische Stabilität. Trotz umfangreicher Studien zu TRCs in verschiedenen Organismen verfügen wir nur über sehr begrenzte Kenntnisse über die molekularen Ereignisse, die direkt am Konfliktbereich stattfinden, wo eine Replikationsgabel auf einen R-Loop-haltigen Transkriptionskomplex trifft. Kürzlich haben wir einen mikroskopiebasierten Assay für die ortsspezifische gleichzeitige Überwachung von Replikation und Transkription in der Bäckerhefe entwickelt. Unsere nicht veröffentlichten Daten deuten darauf hin, dass dieses System zur Überwachung von TRCs an einer R-Loop-anfälligen Sequenz genutzt werden kann, die im Vergleich zu nicht-R-Loop-bildenden Transkriptionseinheiten unterschiedliche molekulare Merkmale aufweist. Parallel dazu haben wir einen Ansatz zur umfassenden Analyse der ortsspezifischen Chromatinstruktur und des posttranslationalen Modifikationszustands sowie einzigartige Werkzeuge zur Analyse von R-Loops an Telomerbereichen als einem weiteren Beispiel für eine TRC-Stelle mit R-Loops entwickelt und angewendet. Wir planen nun, diese Methoden zu kombinieren, um eine detaillierte Charakterisierung der molekularen Mechanismen von R-Loop-vermittelten TRCs zu erhalten. Unsere Zusammenarbeit wird uns ermöglichen, die Dynamik der R-Loop-Bildung während des Replisomfortschritts und die Auswirkungen von R-Loops auf die Replikationsprogression und die Transkriptionsdynamik zu beleuchten. Darüber hinaus werden wir neue Erkenntnisse darüber gewinnen, wie TRCs mit R-Loops die Chromatinzusammensetzung und -zugänglichkeit beeinflussen. Schließlich wird die Anwendung dieser Ansätze für die Untersuchung von R-Loops an Telomeren die Aufklärung neuer Regulationsmechanismen für diese einzigartigen genomischen Regionen ermöglichen. Insgesamt erwarten wir, dass unsere Arbeit wesentliche mechanistische Erkenntnisse über die genetischen und epigenetischen Prinzipien liefern wird, wie Transkription und Replikation an R-Loop-bildenden Genen reguliert und koordiniert werden, um schädliche TRCs zu verhindern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Israel
• ausländischer Mitantragsteller: Professor Amir Aharoni, Ph.D.