Die Rolle von putzig bei der Aufrechterhaltung genomischer Stabilität in der Keimbahn und in somatischen Zellen von Drosophila

• Antragstellerin: Privatdozentin Dr. Anja Christina Nagel
• Fachliche Zuordnung: Entwicklungsbiologie ; Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 446721799

Die Aufrechterhaltung der Stabilität und Integrität des Genoms ist für das Überleben, die Fertilität, sowie die korrekte Entwicklung von Metazoen essentiell. Transposons stellen ein großes Risiko für die Genomstabilität dar. Ihre Aktivität wird durch das hoch konservierte Piwi-piRNA Netzwerk begrenzt, das die Genomintegrität insbesondere in der tierischen Keimbahn schützt. Unsere Vorarbeiten weisen putzig (pzg) dabei eine wichtige Rolle im Modellorganismus Drosophila zu. Als integraler Bestandteil diverser Multiproteinkomplexe ist Pzg an der epigenetischen und transkriptionellen Genregulation beteiligt. pzg Verlust führt zu einer gestörten Zell- und Gewebehomöostase und letztlich zum Zelltod in Soma und Keimbahn. Die vermehrten DNA Doppelstrangbrüche in pzg mutanten Keimzellen lassen sich durch die beobachtete erhöhte Transposonaktivität erklären. Zudem ist die Kernlokalisation von Piwi sowie die Heterochromatinbildung gestört, was eine Rolle für Pzg in Piwi-abhängigen Prozessen vermuten lässt. Diese Arbeitshypothese wird untermauert durch eine molekulare Assoziation der Proteine Pzg und Piwi in Ovarienextrakten. Ziel des Projektes ist es, die Funktion von Pzg bei der Piwi-vermittelten Stilllegung von Transposons und der epigenetischen Regulation molekular zu entziffern. Zunächst untersuchen wir, ob Pzg Teil der Piwi-vermittelten epigenetischen Repression ist. Dazu soll der Heterochromatinstatus pzg mutanter Keimzellen genauer ermittelt, die Aktivität weiterer Transposonfamilien, sowie der spezifische Chromatinstatus an de-repremierten Transposonloci bestimmt werden. Ein Vergleich der Effekte eines pzg Verlustes mit denen von piwi Mutanten wird mechanistische Rückschlüsse erlauben. Zudem wollen wir die Rolle von Pzg bei der Piwi-vermittelten Repression der epigenetischen Aktivität von PRC2 in der Keimbahn untersuchen, wie z.B. potentielle Pzg-Piwi-PRC2 Proteinkomplexe oder die Wirkung auf die Transkription von PRC2 Zielgenen. Zweitens fokussieren wir uns auf eine mögliche Rolle von Pzg bei der Transkriptionsregulation von piRNAs: Ist Pzg integraler Bestandteil der Promotor-unabhängigen Transkriptionsmaschinerie an heterochromatischen piRNA Clustern und/oder bedeutsam für ihre Rekrutierung? qRT-PCR Analysen werden klären, ob die Transkription von piRNA Vorläufern in pzg mutanten Keimzellen betroffen ist. Drittens soll die Biogenese der kleinen piRNAs in pzg defekten Keimzellen untersucht werden, beginnend zunächst mit jenen piRNAs, die in Ovarien angereichert bzw. in piwi Mutanten betroffen sind. Dazu zählt die 3R-TAS1 piRNA, die zudem in somatischen Zellen exprimiert wird. Zuletzt planen wir durch eine RNA-seq Analyse das Transkriptom inklusive kleiner RNAs von pzg mutanten Larven zu erfassen und mit den in der Keimbahn erhaltenen Daten abzugleichen. Durch die Verbindung humaner Orthologe von pzg (z.B. Znf711) mit seltenen Humanerkrankungen lassen unsere Studien neue diagnostische Fortschritte auch im Menschen erwarten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen