Deposition mechanisms and functions of novel histone H3 and H2A.Z variants

• Antragstellerin: Professorin Dr. Sandra Brigitte Hake
• Fachliche Zuordnung: Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2014
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 230086546

Chromatin ist die biochemische Vorlage von allen DNA-basierenden zellulären Prozessen in Eukaryonten. Seine strukturelle Konformation muss genau reguliert werden um Genexpression, Replikation und DNA Reparatur zu kontrollieren. Wichtige Faktoren hierbei sind, unter anderem, spezialisierte Histonvariantenproteine, die im Austausch mit ihren kanonischen Pendants ins Chromatin eingebaut werden. Im Menschen sind mehrere Histonvarianten der H2A, H2B und H3 Familien bekannt. Obwohl viele Informationen bezüglich ihrer Funktionen in den letzten Jahrzehnten gesammelt wurden, verbleiben viele ihrer Besonderheiten obskur und unverstanden.Während der letzten drei Jahre ist es uns gelungen die Entdeckungen von zwei neuen Primaten-spezifischen Histonvarianten, H3.Y und H2A.Z.2.2, zu publizieren. Beide Varianten werden zu unterschiedlichem Masse ins Chromatin eingebaut, zeigen die höchsten Expressionslevel im menschlichen Gehirn, und haben einzigartige Charakteristika. Die Expression von H3.Y kommt nur in wenigen Zelltypen vor, wird durch Stresssignale beeinflusst, und kontrolliert die Expression von Zellzyklus-spezifischen Genen. H2A.Z.2.2 ist eine alternative Spleißform von H2A.Z.2, einem Mitglied der evolutionär hochkonservierten, essenziellen und funktionell enigmatischen H2A.Z Histonfamilie. H2A.Z.2.2 unterscheidet sich aufgrund seines einzigartigen C-Terminus von H2A.Z.1 und 2 in seiner Struktur und führt zu einer signifikanten Destabilisierung von Nukleosomen. Im direkten Anschluss an unsere erfolgreichen Studien planen wir jetzt eine detaillierte Untersuchung der Funktionen dieser neuen Histonvarianten.Das Ziel dieser Studien ist es die molekularen Mechanismen, die zu dem gezielten Chromatin-Einbau oder -Ausbau dieser Varianten führen, funktionell zu analysieren. Die Kenntnis der präzisen Chromatinlokalisierungsstellen in vivo, z.B. in Promoter-, kodierenden oder nicht-kodierenden Regionen, stellt einen grundlegenden Schritt zum weiteren Verständnis der Funktionen dieser Varianten dar. In ersten, unveröffentlichten Experimenten konnten wir H2A.Z Varianten-spezifische Chromatinregionen in geringer Auflösung und die Zusammensetzung aller Varianten-spezifischen Chaperonkomplexe durch quantitative Massenspektrometrie identifizieren. Wir vermuten, dass H3 und H2A.Z Varianten durch unterschiedliche Mechanismen ihre spezifischen Chromatinloci erreichen. Dabei stellen wir die Hypothese auf, dass H3 Varianten gezielt eingebaut werden, währenddessen H2A.Z Proteine durch einen anderen, bisher unbekannten Mechanismus an ihre Zielregionen gelangen. Darüberhinaus wollen wir mehr über die biologische Rolle von H2A.Z.2.2 und H3.Y in der Regulation der Genexpression und Chromatinstabilität erfahren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen