Spezifische Positionierung des Chromatins an der Zellkern Peripherie bei Arabidopsis thaliana

• Antragsteller: Professor Dr. Chang Liu
• Fachliche Zuordnung: Genetik und Genomik der Pflanzen ; Zell- und Entwicklungsbiologie der Pflanzen
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 310522986

Transkriptionelle Regulation spielt eine wesentliche Rolle in der Abstimmung von Genaktivitäten in den Zellen aller lebender Organismen. Dabei ist der Zellkern kein biochemisch-homogener Raum; es konnte bereits in zahlreichen Fällen gezeigt werden, dass die transkriptionelle Aktivität von Genen an deren relative "Position" im Zellkern gekoppelt ist. Trotz intensiver Forschung ist bislang ungeklärt wie die transkriptionelle Regulation von Genen erfolgt welche mit der Kernhülle in Kontakt stehen, da eine künstliche Bindung von Chromatin an die Kernhülle sowohl in einer verstärkten als auch verminderten Genexpression resultieren kann. In Pflanzen ist zu diesem Thema kaum etwas bekannt. Ein wesentlicher Durchbruch wurde kürzlich jedoch mit der Identifizierung struktureller Komponenten der pflanzlichen Kernmembran erreicht, was nun detaillierte Untersuchungen verschiedener biologischer Prozesse an der Kernhülle, inklusive der Chromatinbindung, ermöglichen. Mit Hilfe des Arabidopsis thaliana NUP1-Proteins (auch bekannt als NUP136), das spezifisch auf der kernplasmatischen Seite der Kernporenkomplexes lokalisiert, fanden wir heraus, dass perizentromerische und bestimmte genomische Regionen distaler Chromosomenbereiche an der Kernperipherie positioniert sind. Im Rahmen unseres Projektantrages wollen wir unsere erfolgreich etablierten Methoden nun nutzen um Detailstudien zur Anheftung des Chromatins an die Zellkernperipherie durchzuführen. Der Antrag gliedert sich dabei in drei wesentliche Abschnitte: im ersten Abschnitt werden wir hoch-auflösende Karten der Chromatinpositionen an der Kernperipherie aus verschiedenem pflanzlichen Gewebe erstellen, und hinsichtlich ihrer Assoziation mit genomischen und epigenomischen Mustern untersuchen. Im zweiten Abschnitt wollen wir sowohl genetische als auch protein-biochemische Ansätze nutzen, um die molekularen Mechanismen der Chromatinbindung zu studieren. In diesem Zusammenhang werden wir zum einen eine Reihe von Kreuzungen durchführen, um zu analysieren wie strukturelle Veränderungen an der Kernhülle die Chromatinbindung beeinflussen. Zum anderen werden wir Tandem-Affinitätsreinigungen gekoppelt mit massenspektrometrischen Analysen durchführen um Proteine zu identifizeren welche an der Kernhülle mit Chromatin assoziieren.. Im dritten Abschnitt wollen wir eine von CRISPR-CAS9-System abgeleitete Methode nutzen, um Chromatin gezielt an die Kernperipherie zu binden und die daraus resultierenden biologische Auswirkungen zu untersuchen. Zusammengefasst, wollen wir im Rahmen unseres Antrages die molekularen und funktionalen Eigenschaften der Kernkompartimentierung im Kontext der spezifischen Chromatinbindung an die Kernperipherie in Pflanzen näher charakterisieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen