Molekulare Mechanismen der Auswahl von Integrationszielen durch Dictyostelium-Retrotransposons

• Antragsteller: Professor Dr. Thomas Winckler
• Fachliche Zuordnung: Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung ; Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 391682458

Parasitismus von Genomen durch mobile genetische Elemente ist ein allgemeines biologisches Phänomen. Obwohl es reichlich Evidenz dafür gibt, dass die Aktivität mobiler genetischer Elemente die Genom-Evolution von Wirtsorganismen positiv beeinflussen kann, gibt es auch viele Hinweise darauf, dass eine unkontrollierte Vermehrung mobiler Elemente die Genom-Stabilität und damit die Fitness des jeweiligen Wirtes reduzieren kann. Das Studium der Interaktion mobiler Elemente mit ihren Wirtsgenomen erlaubt fundamentale Einblicke in Mechanismen der Genomevolution, der Basis der organismischen Evolution.Insbesondere in Genomen mit hoher Gendichte und kurzen intergenischen Regionen müssen mobile Elemente Strategien entwickeln, um die direkte Insertionsmutagenese von Genen des Wirtes zu vermeiden. Retrotransposons in der Hefe Saccharomyces cerevisiae und der sozialen Amöbe Dictyostelium discoideum sind beeindruckende Beispiele einer konvergenten Evolution zur Lösung dieses Problems durch die Erfindung der gezielten Integration in direkter Nachbarschaft von tRNA-Genen. Ein anderer Weg zur Vermeidung von Insertionsmutagenesen scheint die Anhäufung mobiler Elemente in Heterochromatin und Centromeren zu sein. Das Genom von D. discoideum beherbergt Retrotransposons mit unterschiedlicher phylogenetischer Herkunft, die entweder durch gezielte Integration nahe tRNA-Genen in Euchromatin-Regionen akkumulieren oder in heterochromatinisierter Centromer-DNA zu finden sind. Dadurch ist D. discoideum ein wertvolles Modellsystem, mit dem Mechanismen der positionsspezifischen Integration untersucht werden können. Die Erkenntnisse aus diesem Projekt werden unser generelles Wissen über die Genomevolution durch dynamische Interaktionen genomischer Parasiten und ihren Wirtszellen weiter vertiefen.Das Retrotransposon TRE5-A integriert mit hoher Präzision oberhalb von tRNA-Genen in einem Bereich, der vermutlich frei von Nukleosomen ist. Die Integration von TRE5-A ist abhängig von der Anwesenheit des Wirtsproteins CbfA. Wir wollen untersuchen, ob eine CbfA-abhängige Nukleosomen-Positionierung oberhalb von tRNA-Genen für die positionsspezifische Integration von TRE5-A benötigt wird. Außerdem soll ein direkter Nachweis erbracht werden, dass die Erkennung von Integrationszielen durch TRE5-A von der Anwesenheit eines RNA-Polymerase-III-Transkriptionskomplexes abhängig ist. In weiteren Experimenten untersuchen wir, mit welchen Mechanismen die verwandten Retrotransposons DGLT-A und Skipper ihre Integrationsziele entweder oberhalb von tRNA-Genen (DGLT-A) oder in Heterochromatin (Skipper) erkennen. Basierend auf vorläufigen Daten untersuchen wir, ob eine direkte Interaktion der Ribonuklease-H-Domäne von DGLT-A mit der TFIIIC-Untereinheit Tfc4 die Erkennung von Integrationszielen in vivo unterstützt. Außerdem wollen wir untersuchen, ob die Chromodomäne in Skipper durch Binding an Heterochromatin-typische Histon-Modifikationen die Integrationspräferenz von Skipper determiniert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen