Die Physik hinter dem zellulären Gedächtnis: Tröpfchen, Copolymere und Mizellen

• Antragsteller: Professor Dr. Helmut Schiessel
• Fachliche Zuordnung: Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik ; Experimentelle und Theoretische Polymerphysik
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 504905334

Wenn sich Zellen in zwei Kopien ihrer selbst teilen, müssen sie nicht nur ihre DNA-Moleküle verdoppeln, sondern auch den epigenetischen Zustand der Mutterzelle wiederherstellen. Da die Hälfte der epigenetischen Markierungen in der Zellteilung verloren geht, ist nicht klar, wie dies erreicht werden kann. In diesem Projekt verwenden wir Computersimulationen und theoretische Ansätze, um zu zeigen, dass die Physik weicher Materie der Zelle die notwendigen Werkzeuge zur Wiederherstellung ihres epigenetischen Zustands an die Hand gibt. Dazu gehört die Bildung von Proteinkondensaten durch einen neuen Mechanismus, den wir polymerunterstützte Kondensation nennen. Wir modellieren das Chromosom als Blockcopolymer, wobei die verschiedenen Blöcke verschiedene Chromatintypen (Euchromatin, konstitutives und fakultatives Heterochromatin) darstellen, die durch das Vorhandensein oder Fehlen bestimmter epigenetischer Markierungen auf den DNA-verpackenden Histonproteinen gekennzeichnet sind. Heterochromatin induziert die Bildung verschiedener Tröpfchen, in denen Enzyme dann die fehlenden epigenetischen Markierungen robust wiederherstellen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: USA
• Mitverantwortliche: Dr. Holger Merlitz; Professor Dr. Jens-Uwe Sommer
• Kooperationspartner: Professor Dr. Joshua Lequieu