Neue Ansätze zur Untersuchung der biologischen Rolle von 6-Methyladenin in menschlicher DNA

• Antragsteller: Professor Dr. Albert Jeltsch
• Fachliche Zuordnung: Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung ; Biochemie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 527466121

Seit 2015 haben mehrere Veröffentlichungen N6-Methyldeoxyadenosin (m6dA) in variable Konzentrationen in menschlicher genomischer DNA gefunden und es mit der Zellphysiologie und menschlichen Krankheiten in Verbindung gebracht. Andere Publikationen haben diese Ergebnisse angezweifelt, einschließlich der Existenz und Konzentrationen von m6dA in menschlicher DNA, seinem Einbaumechanismus, potenziellen biologischen Wirkungen und den vorgeschlagenen menschlichen N6-Methyltransferasen (MTasen). Daher besteht in diesem Feld ein dringender Bedarf an neuen, alternativen Forschungsansätzen. Da niedrige Konzentrationen an endogenem m6dA und das Fehlen allgemein anerkannter menschlicher N6-MTasen große technische Probleme verursachen, haben wir einen orthogonalen Ansatz entwickelt, um die potenziellen Effekte von m6dA in menschlicher DNA zu untersuchen, indem wir hochaktive bakterielle N6-MTasen in menschlichen Zellen exprimieren mit anschließend die zellulären Effekte des genomweit eingeführten m6dA untersuchen. Mit diesem Verfahren beobachteten wir eine Verringerung der Zellproliferation nach globaler GANTC- und GATC-Methylierung und identifizierten mehrere Gene, die direkt von m6dA in einem GANTC-Kontext reguliert werden. Wir zeigten an Zielgenen eine m6dA-abhängige Reduktion von H3K27me3, was darauf hindeutet, dass der PRC2-Komplex durch m6dA gehemmt wird. Weiterhin konnten wir nachweisen, dass m6dA die Rekrutierung von JUN-Transkriptionsfaktoren (TF) an Zielgene reduzieren kann. Basierend auf diesen wichtigen, ersten Entdeckungen und dem Proof-of-Concept unseres experimentellen Ansatzes ergeben sich sehr interessante Folgeexperimente: 1) Untersuchung des Effekts von 6mdA in menschlichen Zellen in verschiedenen Sequenzkontexten und/oder höheren Mengen auf die Zellproliferation und Genexpression. 2) Identifizierung zusätzlicher TF-Familien und Chromatin-Regulatoren, die in unterschiedlichen Sequenzkontexten auf m6dA ansprechen. 3) Auslösen physiologischer Wirkungen von m6dA nach seinem lokusspezifischen (statt genomweiten) Einbau an m6dA-sensiblen Stellen aus unserer vorherigen Arbeit unter Verwendung von Epigenom-Editierung. 4) Einsatz von m6dA mittels Epigenom-Editierung an bekannten m6dA-sensiblen Stellen, um die Funktion von Human N6-MTase Kandidaten zu untersuchen. 5) Einbau von m6dA an endogenen m6dA enthaltende Regionen und Untersuchung seiner biologischen Wirkungen. Diese hier entwickelten und angewandten neuen experimentellen Ansätze werden in diesem sich schnell entwickelnden, aber höchst umstrittenen Gebiet dringend benötigt. Die Ergebnisse dieses Projekts werden neues Licht auf die Existenz und biologische Rolle von m6dA in menschlichen Zellen und den verantwortlichen N6-MTasen werfen. Unsere Daten werden dazu beitragen, unser Verständnis der potenziellen Rolle von m6dA in menschlicher DNA und Zellen zu konsolidieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen