Eigenetische Regulation aktiven Chromatins

• Antragsteller: Professor Dr. Peter Burkhard Becker
• Fachliche Zuordnung: Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung ; Biochemie
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 452337045

Die Kompensation des monosomen X Chromosoms in männlichen Drosophila dient als Beispiel für die epigenetische Regulation aktiven Chromatins. Durch den Prozess der Dosiskompensation wird die Transkription des einzelnen X Chromosoms in Männchen ungefähr verdoppelt, sodass sie dem kumulierten Output der beiden X Chromosomen in Weibchen angeglichen wird. Eine zentrale Rolle spielt der Dosiskompensation-Komplex (DCC), der aus 5 male-specific-lethal Protein-Untereinheiten und nicht-kodierender roX RNA besteht. Nach dem gängigen Modell wird die ausschließliche Aktivierung von Genen auf dem X Chromosom durch genetische und epigenetische Prinzipien bewirkt. Zunächst bindet der DCC an etwa 300 sogenannte High Affinity Site (HAS) Sequenzen auf dem X Chromosom. Von dort erreicht er epigenetisch markierte Zielgene, um sie durch Histon-Acetylierung zu aktivieren. Das vorliegende Forschungsprojekt untersucht offene Fragen zur Natur der epigenetischen Chromatinmodifikation und zu den epigenetischen Lese- und Schreibfunktionen, die dem DCC die selektive Acetylierung aktiven Chromatins ermöglichen.Das vorherrschende Model besagt, dass der HAS-gebundene DCC die Chromosomenumgebung nach transkribiertem Chromatin absucht, indem er die Chromo-Domäne der MSL3 Untereinheit als Lesekopf verwendet. Diese Domäne bindet Nukleosomen, deren Histon H3 an Lysin 36 methyliert ist (H3K36me3). Diese Methylierung wird ko-transkriptionell angebracht. MSL3 ist über das Gerüstprotein MSL1 mit der Histonacetyltransferase MOF verbunden. Die Bindung von MSL3 an Nukleosomen sollte daher MOF zu aktivem Chromatin rekrutieren, wo es H4K16 acetyliert. Diese Acetylierung aktiviert die Transkription durch Lockerung der Chromatinfaltung. Wir möchten die Richtigkeit dieses Models kritisch hinterfragen und validieren und dabei die Prinzipien untersuchen, die der regionalen Acetylierung im Chromosom zugrunde liegen. Unser biochemischer Ansatz zielt auf die Klärung molekularer Mechanismen.Selbstverstärkende Feedback Schleifen sind besser im Zusammenhang mit repressiven Chromatinstrukturen bekannt, zum Beispiel bei der Ausbildung von fakultativem und konstitutivem Heterochromatin. Unser Projekt betrifft den weniger bekannten Fall, wo Eigenschaften des aktiven Chromatins weitere aktivierende Modifikationen auslösen. Der epigenetische ‚Leserkopf’ im DCC (ein Methyllysin-Binder) und das Schreibenzym (eine Histonacetylase) sind Beispiele für weit verbreitete Regulationsmoleküle, die evolutionär konserviert sind. Erkenntnisse aus unsere Studie werden daher auch weit über den Spezialfall der Sexchromosomen-Kompensation in Fliegen beachtet werden und bedeutsam sein.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen