ins Licht rücken - Untersuchungen der molekularen Schlüsselfaktoren von Lamina-Heterochromatin-Interaktionen anhand der murinen Retina

• Antragsteller: Dr. Michael Robson
• Fachliche Zuordnung: Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung ; Entwicklungsbiologie ; Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 556274722

Die Art und Weise, wie die 3D-Struktur des Genoms die Genexpression reguliert, ist unerlässlich für Entscheidungen über Zellsidentität und -differenzierung. Eine grundlegende Komponente der Genomstruktur ist die Kernlamina, die Heterochromatin physisch an der Kernperipherie verankert, während das Euchromatin das Kerninnere einnimmt. Viele Studien deuten darauf hin, dass die Lamina-Anhaftungen das Gen-Silencing unterstützen und ihre Unterbrechung daher essenzielle Prozesse wie Zelldifferenzierung beeinträchtigen und so Krankheiten verursachen kann. Es ist jedoch nach wie vor unklar, welche Mechanismen das Lamina-Attachment steuern oder ermöglichen, Genaktivitäten zu regulieren. Diese grundlegende Wissenslücke ergibt sich aus der Schwierigkeit, Genom-Lamina-Interaktionen in vivo zu manipulieren oder ihre funktionellen Konsequenzen direkt zu messen. Hier werden wir diese Limitation mit Hilfe von scDam&T überwinden, einer neuen Multi-omics-Methode, die Genom-Lamina-Interaktionen und das Transkriptom derselben Zelle in komplexen Geweben gemeinsam misst. Wir werden scDam&T in der Mäuseretina anwenden, ein einzigartiges Modell, in dem Heterochromatin-Attachment in reifen Zellen vollständig fehlt, aber ektopisch durch Expression verschiedener Lamina-Attachment-Proteine wiederhergestellt werden kann. Durch die Quantifizierung von Chromatindynamik und Transkription in dieser kontrollierten Umgebung wollen wir die verborgenen Regeln und Funktionen des Lamina-Attachment aufdecken. In vier Arbeitspaketen werden wir scDam&T in Mausmodellen anwenden. Zuerst werden wir die genomischen Ankerstellen der Lamina-Attachment-Proteine identifizieren, indem wir ein Profil der Regionen erstellen, an denen sie in mutierten Stäbchenzellen ektopisch wieder an die Lamina binden. Zweitens werden wir zwischen gegensätzlichen Modellen der Lamina-Anheftung unterscheiden, indem wir die Reihenfolge und den Zeitpunkt der Heterochromatin-Freisetzung in reifenden Wildtyp-Retinas untersuchen. Drittens werden wir die funktionellen Konsequenzen der Lamina-Anheftung bestimmen. Dazu werden wir die gemeinsame transkriptomische Komponente von scDam&T nutzen, um festzustellen, wie sich der Verlust oder die synthetische Wiederherstellung von Lamina-Heterochromatin-Interaktionen auf die Genexpression auswirkt. Zudem werden wir parallele Veränderungen an cis-regulatorischenElementen, die Genaktivitäten kontrollieren, mit Hilfe von ATAC-seq auf Einzelzellebene untersuchen. Zuletzt werden wir Verhaltenstests an lebenden Mäusen durchführen, um die Auswirkungen der veränderten Lamina-Interaktionen auf die Funktion der Retina und das Sehvermögen der Tiere zu bestimmen. Insgesamt wird diese Arbeit einen unvergleichlichen mechanistischen Blick auf die prominenteste, aber am wenigsten verstandene Komponente der Chromatinstruktur, die Kernlamina, ermöglichen. Damit verspricht sie zu entschlüsseln, wie die Lamina unsere Genome reguliert und zu Gesundheit und Krankheit des Menschen beitragen kann

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Marius Ader