Ein integrativer epigenomischer Ansatz zur Identifizierung und Charakterisierung von regulatorischen Programmen kontrolliert durch kleine RNA in Paramecium tetraurelia.

• Antragsteller: Professor Dr. Marcel Schulz; Professor Dr. Martin Simon
• Fachliche Zuordnung: Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 292631656

Neuste Erkenntnisse der RNA Biologie zeigen, dass kleine RNA Moleküle den zellulären Phänotyp epigenetisch durch post-transkriptionelle oder transkriptionelle Inaktivierung der Genexpression kontrollieren. Jedoch konzentriert sich die aktuelle Forschung meist auf individuelle Loci und mechanistische Details und weniger auf die Beschreibung in welchem Ausmaß solche Mechanismen zur Transkriptom-Kontrolle und daraus resultierend zur phänotypischen Plastizität oder aber auch zur deren Invariabilität beitragen. Der Ciliat Paramecium ist ein epigenetischer Modellorganismus, der es uns erlaubt, die RNA regulierte Chromatindynamik genomweit zu analysieren und somit kurzzeitige Anpassungen der Genexpression von langfristig und epigenetisch manifestierten Genexpressionsmustern zu unterscheiden. Wir haben kürzlich verschiedene Mechanismen beschrieben, wie kleine RNAs die Genexpression auf verschiedenen Ebenen kontrollieren. Nun wollen wir deren Involvierung in die genomweite Chromatindynamik in unterschiedlichen metabolischen Zuständen beschreiben und dabei post-transkriptionelle und transkriptionelle Mechanismen unterscheiden. Dazu konzipierten wir einen integrativen Ansatz, der zum einen die bioinformatische Differenzierung von neu identifizierten kleinen RNA Clustern und deren Assoziierung oder nicht-Assoziierung mit Heterochromatin vorsieht. Zum anderen wird dies erreicht durch die biochemische Charakterisierung von kleinen RNAs und deren genetische Grundlagen, .z.B. die Abhängigkeit von RNAi Komponenten die in post-transkriptionelles oder transkriptionelles Silencing involviert sind. Die parallele Erfassung von langen und kurzen RNAs in Kombination mit der Chromatininformation wird die Modellierung von Netzwerken mit trans agierenden siRNAs ermöglichen, um koordinierte Aktivierung und Inaktivierung von Gengruppen sowie trans agierende RNAs von Genduplikaten zu identifizieren. Wir können somit nicht nur das Ausmaß von epigenetisch kontrollierter Genexpression und Adaptation in diesem einzelligen Organismus während des vegetativen Wachstums beschreiben, sondern wir werden auch analysieren, welche dieser Eigenschaften zur Nachkommenschaft vererbt werden. Dazu werden wir Kreuzungen von genetisch identischen, jedoch epigenetisch unterschiedlichen Individuen durchführen und die F1 Generation bzgl. der epigenetischen Eigenschaften wie oben beschrieben analysieren. Somit können wir die genetischen Voraussetzungen für eine epigenetische Vererbung identifizieren, wodurch wir ganz neue Einblicke in die Vererbung von erworbenen Eigenschaften in Form von vererbten Genexpressionsmustern bekommen werden. Die epigenetische Manifestierung von solchen Mustern und deren Vererbbarkeit durch kleine RNAs als mobiles Element zwischen den Generationen wird uns ermöglichen, die kurzzeitige Anpassung im Sinne Lamarcks molekular nachzuvollziehen und deren Einfluss auf die Evolution gegenüber der Lanzeitanpassung im Sinne Darwins abzugrenzen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen