Wie der genomweite Verlust von Nukleosomen die Transkription umprogrammiert

• Antragsteller: Professor Dr. Felix Müller-Planitz
• Fachliche Zuordnung: Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung ; Biochemie ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 574508191

Nukleosomen regulieren die Transkription. Jedoch kommt es während des natürlichen Alterungsprozesses in verschiedenen Organismen – einschließlich des Menschen – zu einem erheblichen, genomweiten Verlust von Nukleosomen. Dieser starke Nukleosomenverlust wirft eine zentrale Frage auf: Wie bewältigt die Transkriptionsmaschinerie einen solchen Verlust? Promotorregionen werden bei einem Nukleosomenverlust zugänglicher, was potenziell eine schnellere Initiation erlauben kann. Allerdings könnten Transkriptionsfaktoren limitiert sein, wenn viele Promotoren gleichzeitig konkurrieren. Zudem könnte die verstärkte Aktivierung nicht-kodierender Antisense-Transkription die kanonische Transkription stören, z. B. durch Polymerase-Kollisionen. Ebenso würde man erwarten, dass die Elongationsrate in sich erhöht, wenn die Nukleosomendichte fällt – es sei denn, Nukleosomen stellen in vivo keine bedeutende Barriere für die RNA-Polymerase II (Pol II) dar, zum Beispiel weil Histonchaperone und Nukleosomen-Remodellierungsenzyme für ausreichende Nukleosomendynamik sorgen. Veränderungen in der Initiations- und Elongationskinetik, die durch den Nukleosomenverlust ausgelöst werden, können sich direkt auf die Transkriptmenge, Transktiptionsfehler, das co-transkriptionale Spleißen, die Auswahl der Polyadenylierungsstellen und die mRNA-Stabilität auswirken – Faktoren, die die zelluläre Fitness beeinflussen und zu altersassoziierten Pathologien beitragen. Daher ist es wichtig, empfindliche und quantitative Strategien einzusetzen, um Initiations- und Elongationskinetiken in vivo zu kartieren. Wir wollen daher bestimmen, wie ein akuter Nukleosomenverlust die Transkriptionskinetik in vivo umprogrammiert. Wir nutzen dafür Saccharomyces cerevisiae als Modellorganismus. Hefe bietet robuste Histon-Depletionsprotokolle, die den Grad des in gealterten Zellen beobachteten Nukleosomenverlusts nachbilden. Mithilfe einer integrierten Strategie, die mehrere Genomiktechnologien kombiniert, werden wir Veränderungen in Initiations- und Elongationsraten genomweit quantifizieren. Um die Mechanismen zu beleuchten, durch die Nukleosomenverlust die Transkriptionskinetik verändert, werden wir die Nukleosomenarchitektur vor und nach der Depletion mithilfe von Fiber-seq kartieren – einer hochmodernen Nukleosomen-Footprinting-Technologie mit langen Leselängen. Diese Informationen integrieren wir mit den Transkriptionskinetiken. Unsere Ergebnisse werden helfen, prädiktive Modelle zu erstellen, die Nukleosomenverlust mit Transkriptionsumprogrammierung verknüpfen. Unsere Datensätze bereiten damit eine quantitative Grundlage für das Verständnis der nukleosomenvermittelten Genregulation – mit direkter Relevanz für die Altersforschung.

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