Die Fe(II) und 2OG-abhängige Dioxygenase Jmjd6 in Hydra ist hochkonserviert in allen tierischen Organismen und essenziell in Vertebraten - Gibt es eine evolutionär konservierte Funktion?

• Antragstellerin: Professorin Dr. Angelika Böttger
• Fachliche Zuordnung: Entwicklungsbiologie ; Evolutionäre Zell- und Entwicklungsbiologie der Tiere
• Förderung: Förderung von 2021 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 471245357

Die Familie der humanen Fe(II) und 2-Oxoglutarat abhängigen Dioxygenasen mit einer enzymatischen JmjC-Domäne hat ungefähr 60 Mitglieder. Es handelt sich dabei um Enzyme, die ihre Protein- oder Nukleinsäuresubstrate hydroxylieren oder die N-Methylierungen von Arginin- und Lysinresten entfernen. Deshalb sind sie in Hydroxylasen und Demethylasen unterteilt. Die enzymatische Aktivität hängt vom Sauerstoffgehalt der Umgebung sowie von Intermediaten des Zitratzyklus ab. Damit schaffen diese Enzyme eine Verbindung zwischen Umweltfaktoren und Substratmodifikationen. Das spielt auch eine Rolle für dynamische epigenetische Veränderungen. Jmjd6 ist ein Familienmitglied, dessen biologische Bedeutung für die Embryonalentwicklung von Wirbeltieren sowie als Onkogen bereits in vielen Studien beschrieben wurde. Dennoch ist seine molekulare Funktion nicht genau geklärt und teilweise sogar umstritten. Auffällig ist auch die extreme Sequenzkonservierung von Jmjd6 über alle tierischen Organismen Nesseltieren wie Hydra, bis zum Menschen. Deshalb vermuten wir, daß Jmjd6 eine konservierte molekulare Funktion hat, die wir aufklären wollen.Wir schlagen daher vor, Jmjd6 in Hydra zu charakterisieren. Hydra-Polypen sind außerordentlich gut für biochemische Untersuchungen geeignet. Gleichzeitig zeichnen sie sich durch eine hohe Plastizität ihrer Entwicklung aus. Viele Prozesse wie Regeneration, Knospung und sexuelle Reproduktion in adulten Polypen reagieren dynamisch auf Umweltfaktoren wie Ernährung und Temperatur. Mittels monoklonaler Antikörper gegen Hydra-Jmjd6 werden wir Proteine identifizieren, die mit Hydra-Jmjd6 interagieren und sie mit denen vergleichen, die mit humanem Jmjd6 interagieren. Wir werden ebenfalls die Domänen finden, die für diese Interaktionen verantwortlich sind und feststellen, ob sie als Substrate für die oxidative enzymatische Aktivität von Jmjd6 dienen. Um die evolutionäre Konservierung der Struktur von Jmjd6 zu untersuchen, planen wir eine Röntgenstrukturanalyse des Hydra-Proteins. Desweiteren wollen wir die Effekte von Hypoxie und Ernährung auf die mRNA- und Proteinexpression von Jmjd6 untersuchen, sowie auf die subnukleare Lokalisation. Durch Anwendung von Dioxygenase-Inhibitoren, spezifischen Jmjd6 Inhibitoren und siRNAs, sowie durch die Analyse zweier transgener Hydra-Stämme wollen wir die Rolle von Jmjd6 für die Regeneration, Knospung und das Wachstum feststellen. Wir werden auch transgene Hydra-Stämme generieren, die ein Jmjd6-„Hairpin“ exprimieren. Dafür benutzen wir den Vektor pHyVec12. Wir gehen davon aus, daß unsere Ergebnisse zu einem besseren Verständnis der bisherigen Unklarheiten über die molekularen Funktionen von Wirbeltier-Jmjd6 beitragen werden, was aufgrund der biologischen Bedeutung von Jmjd6 von großem Wert sein sollte.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen