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Projekt
Aufklärung lokus-spezifischer Histone Methylierung im Kontext von Mikrozephalie im Menschen
Antragstellerin
Professorin Dr. Tanja Vogel
Fachliche Zuordnung
Entwicklungsneurobiologie
Förderung
Förderung seit 2025
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 563395927
Epigenetische Prozesse kristallisieren sich als wichtige Mechanismen heraus, Genexpression während der Entwicklung zu adaptieren. Sie regulieren Zellteilung, -differenzierung, -spezifizierung und Eliminierung überzähliger Zellen. Neuroentwicklungsstörungen, wie z. B. Mikrozephalie oder geistiger Einschränkung assoziieren mit epigenetischen Prozessen, da DNA- und Histonmethylierungen die Balance zwischen Vorläuferproliferation und -differenzierung beeinflussen. Diese Balance wird während der Entwicklung des zerebralen Kortex maßgeblich durch die H3K79 Histonmethyltransferase Disruptor of telomeric silencing 1 like, DOT1L, kontrolliert. Die Rolle von DOT1L ist evolutionär konserviert, da der Funktionsverlust sowohl in der Maus als auch im Menschen Mikrozephalie zur Folge hat. Im Menschen hat interessanter Weise der DOT1L Funktionsgewinn die gleiche Auswirkung. Zur Untersuchung der DOT1L Funktionen während der menschlichen Hirnentwicklung, planen wir unsere zentrale Hypothese zu untersuchen, dass ein unterschiedlicher H3K79 Grad (H3K79me1, me2, me3) unterschiedliche Funktionalitäten an unterschiedlichen genomischen Loci hat. Wir vermuten, dass der H3K79 Grad durch diverse Mechanismen beeinflusst wird, wobei diese DOT1L Lokalisation, Aktivität oder das Interaktom regulieren. Auf molekularer Ebene können diese Prozesse durch Signaltransduktion/Phosphorylierung, Proteinkonformation und/oder Interaktionspartner kontrolliert werden. Experimentell werden wir Einzelzell(Ez)-Multiomics einsetzen (Ez-RNA, Ez-ATAC, Ez-CUT&Tag), um transkriptionelle Veränderungen und die zugrunde liegenden epigenetischen Anpassungen während der menschlichen Hirnntwicklung aufzuklären. Wir untersuchen drei durch CRISPR/Cas9 in humane pluripotente Stammzellen (hiPSC) eingefügte DOT1L Mutationen, einen Funktionsgewinn und zwei - verluste. Die hiPSC werden zu neuralen Stammzellen, Neuronen oder Hirnorganoiden differenziert. Mittels Massenspektrometrie klären wir DOT1L Proteinkomplexe und posttranslationale Modifikationen auf. Dadurch ergeben sich potentielle Mechanismen wie DOT1L lokus-spezifisch H3K79 in unterschiedlichem Ausmaß und Grad methyliert. Um die übergeordnete Regulation zu identifizieren, untersuchen wir Signalwege, die DOT1L in Bezug auf seine H3K79 Methylierung oder den Zellzyklusablauf beeinflussen. Vorläufige Daten zeigen eine Assoziation mit Enhancer of zeste (EZH2), das H3K27me3 vermittelt. DOT1L und EZH2 werden wahrscheinlich durch überlappende Signalwege kontrolliert, weshalb wir unsere Analysen auf diese beiden Proteine fokussieren. Die vorgesehene Analyseplattform kann aber für die Untersuchung anderer epigenetischer Modifizierer eingesetzt werden, die ebenfalls durch die von uns identifizierten Signalwege kontrolliert werden. Diesen technologischen Ansatz für andere Forschungsgruppen zur Verfügung zu stellen, ist ein deutlicher Mehrwert, dieses Projekt in das SPP 2502 EPIADAPT zu integrieren.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
