Entschlüsselung funktioneller Master-Enhancer-Regime, die eine Entzündungsstimulation bewirken

• Antragsteller: Professor Dr. Michael Kracht; Professor Dr. Argyris Papantonis
• Fachliche Zuordnung: Pharmakologie
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 554390251

Die Entzündung ist ein evolutionär konservierter Prozess, innerhalb dessen entzündliche Zellreaktionen an multiplen Kontrollpunkten im Körper koordiniert und reguliert werden. Ein Versagen dieser Mechanismen führt zu überschießenden akuten oder chronischen Entzündungen, welche ursächlich mit Organschäden, Gewebealterung und Krebs in Verbindung gebracht werden.Therapeutische Erfolge der letzten zwanzig Jahre unterstreichen die (klinische) Bedeutung der pharmakologischen Antagonisierung von Zytokinen wie IL-1α/β und TNFα, allerdings sind entzündliche Erkrankungen weiterhin nicht heilbar. In diesem Projekt werden molekulare Mechanismen der Zytokin-abhängigen dreidimensionalen Genomorganisation und -funktion mit dem Ziel analysiert, die nukleäre Koordination entzündlicher Genexpressionskaskaden mit größtmöglicher Präzision zu erfassen und zu modulieren.Die Antragsteller konnten gemeinsam eine neue Regulationsebene der nukleären IL-1α-Reaktion entschlüsseln, wobei IL-1α akute Veränderungen der Chromatin-Zugänglichkeit in Regionen hervorruft, in denen Entzündungs-relevante Einzelnukleotid-Polymorphismen (SNPs) angereichert sind. Sie identifizierten mittels CRISPR-Cas9-basierten Mikrodeletionen zwei IL-1α-regulierte Enhancer im Chemokin Locus auf Chr. 4 sowie eine dominante Rolle des IL8-"Master-Enhancers" bei der Regulation weiterer Entzündungsgene. In dem beantragten Projekt soll die Hypothese getestet werden, dass die hochgradig koordinierte zelluläre Entzündungsreaktion spezialisierte genomische "Hubs" benötigt, in denen multiple Enhancer interagieren und mit unterschiedlicher Stärke mehr als ein Gen regulieren. Hierzu sollen weitere inflammatorische Enhancer dieser Art sowie Faktoren, welche es Enhancern ermöglichen, einen spezifischen Zytokin-responsiven Funktionszustand im menschlichen Genom zu erlangen, möglichst umfassend charakterisiert werden. Im Arbeitspaket (AP) 1 wird das genomweite Repertoire dynamischer Entzündungs-relevanter Enhancer mittels einer Kombination aus Mikro-C, Einzelzell-ATAC-seq kombiniert mit RNA-seq, (nascent) RNA-seq und neuen bioinformatischen Werkzeugen umfassend untersucht und anhand der Enhancer-Stärke kartiert. In AP2 wird die molekulare Zusammensetzung von Enhancer-Hubs durch Isolierung lokusspezifischer Proteinkomplexe im Kontext von transcription factories mit Hilfe proteomischer Ansätze aufgedeckt werden. In AP3 wird die Funktion der neu entdeckten "Master" Enhancer mit Hilfe von CRISPR-gesteuerten Interferenzscreens, molekularer Bildgebung von Transkriptionsstellen und nativen 4C-Assays von perturbierten genomischen Loci und nukleären Faktoren aufgeklärt werden.Falls erfolgreich, werden die geplanten Ansätze neue Erkenntnisse zur Funktion hierarchisch organisierter Enhancer in ihrem endogenen Kontext und zur Selektion und Auswahl von Enhancern in Zytokin-responsiven Systemen generieren und uns damit dem Ziel der Manipulation von genomischen Enhancern bei (chronischen) entzündlichen Erkrankungen näher bringen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen