Analyse der DNA Methylierung in Bezug auf ihre regulatorischen Aufgaben bei der Genexpression während der Gedächtnisbildung

• Antragstellerin: Professorin Dr. Ana M. M. Oliveira
• Fachliche Zuordnung: Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 250202559

Die Aktivierung der Gentranskription gilt als bedeutend bei der Gedächtnisbildung. Es ist entscheidend, dass die Transkription reguliert wird, da nur so die korrekte Expression der Gene, die für die Gedächtnisbildung wichtig sind, gewährleistet werden kann. Es wird angenommen, dass die DNA Methylierung eine Schlüsselfunktion bei diesem Prozess spielt. DNA Methyltransferasen (Dnmts) sind Proteine, die entlang der DNA Methylgruppen übertragen und somit die DNA markieren. Methyl-bindende Proteine (u.a. MeCP2) können diese Markierung ablesen und in Änderungen, die die Chromatinstruktur und Zugänglichkeit für die Transkription betreffen, umwandeln. Wie die Transkription durch DNA Methylierung bei der Gedächtnisbildung reguliert wird, ist nicht hinreichend bekannt. Dieser Antrag setzt sich zum Ziel, bei der Beantwortung dieser Frage einen entscheidenden Beitrag zu leisten. In meiner vorherigen Arbeit habe ich untersucht, dass neuronale Aktivität Dnmt3a2 hoch - und Dnmt3b herunterreguliert. Dnmt3a2 beeinflusst die Expression der Gene, die für die Gedächtnisbildung benötigt werden. Je mehr Dnmt3a2 vorhanden ist, desto höher ist die Expression dieser Gene. Zusätzlich habe ich gezeigt, dass im Hippokampus die basale und lerninduzierte Dnmt3a2 Expression im Alter beeinträchtigt ist und im Zusammenhang mit altersabhängigen Lerndefiziten steht.Ich stelle nun ein neues Konzept vor, bei dem die Genexpression durch DNA Methylierung reguliert wird. Meine Hypothese ist, dass Dnmt3b als Gedächtnis-Suppressor-Gen fungiert. Die Dnmt3b Expression muss während der Gedächtnisbildung unterdrückt werden um eine optimale Expression der Gene zu erlangen, die in Verbindung mit der Gedächtnisbildung stehen. Um diese Hypothese zu untersuchen, wird die Auswirkung von verschiedenen Dnmt3b Mengen auf die Gedächtnisbildung getestet. Zusätzlich nehme ich an, dass eine Feinabstimmung der Gene, die für die Gedächtnisbildung wichtig sind, stattfindet. Ich vermute, dass die Feinabstimmung die Regulierung der Expression von relevanten miRNAs durch Dnmt3a2 beinhaltet. Somit zeige ich einen Mechanismus, durch den ein einziges Gen die Expression von verschiedenen mRNAs modulieren kann.Meine Vorarbeit weist eine Liste von möglichen Dnmt3a2-Ziel-miRNAs (DTMs) auf. Ich beschreibe hier einige Experimente (sowohl Molekular als auch Verhaltensexperimente), die Aufschlüsse darüber geben, ob die Regulierung der Expression von DTMs eine Rolle bei der Gedächtnisbildung spielt. Die DNA Markierungen werden durch Dnmts katalysiert, die Interpretation dieses Methylierungsmuster wird jedoch von den methyl-bindenden Proteinen, zu denen auch MeCP2 gehört, durchgeführt. Somit übersetzt MeCP2 diese Markierungen in funktionale Veränderungen. Ich nehme an, dass die MeCP2 Bindung an die DNA eine weitere bedeutende Rolle für die Regulierung der Genexpression im erwachsenen Gehirn spielt. Einhergehend mit dieser Annahme, werde ich untersuchen ob hippokampales MeCP2 für die Gedächtnisleistung in erwachsenen Mäusen benötigt wird und ob die Bindung von MeCP2 an die DNA sich in alternden Mäusen ändert und damit einen Einfluss auf die Genexpression hat. Diese Studie wird neue, fundamentale Hinweise über die Mechanismen der Regulierung der Genexpression bei der Gedächtnisbildung liefern. Des Weiteren werden diese Ergebnisse bei der Entwicklung für Therapien von altersabhängigen Krankheiten wichtig sein.

• DFG-Verfahren: Emmy Noether-Nachwuchsgruppen
• Beteiligte Person: Professor Dr. Frank Lyko