Funktionen, Funktionsdeterminanten und Mechanismen von intrinsisch ungeordneten Regionen in Generellen Regulationsfaktoren der Hefe

• Antragsteller: Professor Dr. Philipp Korber
• Fachliche Zuordnung: Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 568768619

Eukaryontische Genomregulation beruht auf sequenzspezifisch DNA-bindenden Faktoren (Transkriptionsfaktoren (TF)) und Chromatin. Sowohl TF als auch Chromatin sind reich an intrinsisch ungeordneten Regionen (IUR). Ein Verständnis dieser IUR ist ein Schlüssel zum Verständnis der Genomregulation. In Transaktivatoren z.B. funktionieren IUR als Aktivierungsdomänen, bilden Kondensate und modulieren DNA-Bindung. Dahingegen ist zu IUR in TF, die keine Aktivierungsdomänen enthalten, sondern z.B. Chromatin organisieren, viel weniger bekannt. Generelle Regulationsfaktoren (GRF) der Hefe sind ein Modell für solche TF. GRF sind i.d.R. essenziell, binden tausendfach im Genom, positionieren Nukleosomen, beeinflussen viele genomische Vorgänge, z.B. Transkription und Replikation, und bestehen nur aus DNA-binde-Domänen (DBD) und langen IUR. Um IUR-vermittelte Funktionen und Mechanismen sowie die dazugehörigen IUR-Eigenschaften (funktionelle Determinanten) zu verstehen, erzeugen wir Fusionskonstrukte aus IUR-Varianten und DBD von GRF und testen sie auf verschiedene Funktionen hin. Das Hefe-Modell ist dazu ideal, da schnell viele IUR-Varianten erzeugt und funktionell getestet werden können. Als ersten Schritt zeigten wir bereits für den GRF Abf1, dass die Korrelation von GRF-IUR-Varianten mit Wachstumsphänotypen die funktionellen Determinanten erkennen ließ. Wir fanden ein kurzes, lineares „Essenzielles Motiv“, das zusammen mit einem v.a. sauren IUR-Kontext die fürs Überleben essenzielle Abf1-Funktion vermittelte. Überraschenderweise konnte dieser „Kontext + Motiv“ IUR-Modus durch einen „nur-Kontext“ IUR-Modus ersetzt werden. Während wir viel zu den IUR-Eigenschaften gelernt haben, kennen wir immer noch nicht die Funktionen und Mechanismen, die von den IUR von Abf1 oder anderen GRF vermittelt werden. Hierfür werden wir nun Abf1-IUR-Varianten mit verschiedenen Wachstumsphänotypen und zwei IDR-Modi auf bekannte GRF-Funktionen (DNA-Bindung, Nukleosomenpositionierung, Transkriptions-/Replikationseffekte) und auf potenzielle neue Funktionen (3D Chromatinstruktur, Kondensatbildung) hin testen. Für andere GRF werden analoge IUR-Varianten erzeugt. GRF-IUR-Funktionen beruhen wahrscheinlich auf Proteininteraktionen, die aber anscheinend zu transient sind für eine Detektion durch Co-Immunopräzipitations/Massenspektrometrie. Stattdessen werden wir ein Verfahren anwenden, das interagierende Proteine mit Biotin markiert und für Hefe optimiert wurde. Die Funktionen und Mechanismen können aus dem Vergleich der Bindungspartner der funktionell kategorisierten IDR-Varianten abgeleitet werden. Insgesamt wird unser Projekt ein detailliertes Verständnis der Funktionen, Funktionsdeterminanten und Mechanismen von IURs in TF liefern, die ohne Aktivierungsdomänen das Genom regulieren. Wie schon in früheren Fällen, sind solche grundlegenden Genomregulationsmechanismen, die in der Hefe entdeckt werden, sehr wahrscheinlich auch für vielzellige Spezies relevant und in Krebszellen fehlreguliert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen