Dekodierung von transkriptionalen Bursts mit BARe-seq

Mehrzellige Organismen, vom Menschen bis zur Fliege, bestehen aus vielen einzelnen Zellen. Obwohl alle Zellen eines Organismus nahezu identische genetische Informationen enthalten, bilden sie Hunderte verschiedener Zelltypen, von denen jeder einzigartige Funktionen ausübt; eine Leberzelle beispielsweise erfüllt völlig andere Aufgaben als eine Zelle im Gehirn. Der Unterschied zwischen den Zellen liegt also nicht in ihrer genetischen Information, sondern darin, welche Gene in jeder Zelle aktiv oder inaktiv sind. Ob ein Gen aktiv oder inaktiv ist, hängt in erster Linie davon ab, ob es transkribiert wird. Transkription ist der molekulare Prozess, bei dem die Zelle die Erbinformation abliest und entsprechend unterschiedliche RNA- und Proteinmengen produziert. Der Prozeß der Transkription von Genen von der DNA in RNA ist ein sporadischer, diskontinuierlicher zellulärer Prozess, der in so genannten Transkriptions bursts erfolgt. Diese Bursts variieren in Größe (wie viel produziert wird) und Häufigkeit (wie oft sie auftreten) und sind eine wichtige Quelle für Unterschiede zwischen den Zellen. Durch Anpassung der Größe oder Häufigkeit dieser Bursts können die Zellen die Expression von Genen fein abstimmen. Dieser Prozess wird durch spezielle regulatorische DNA-Sequenzen und durch Proteine, so genannte Transkriptionsfaktoren (TFs) und Cofaktoren (COFs), gesteuert. Es ist jedoch noch unklar, wie diese Bursts in der DNA-Sequenz kodiert sind und wie spezifische Sequenzmerkmale und Proteine zusammenwirken, um sie zu gestalten. Bisherige Forschungen zur Regulierung von Transkriptionsausbrüchen waren begrenzt, da nur eine kleine Anzahl von Genen oder Sequenzen gleichzeitig untersucht werden konnte. Um dieses Problem zu lösen, habe ich die Bulk Allele Resolution Sequencing (BARe-seq) entwickelt, eine neue Methode, die massiv parallele Reporter-Assays (MPRAs) verwendet, um bis zu 1.000 DNA-Sequenzen in einem einzigen Experiment zu testen. Dieser technische Durchbruch ermöglicht eine detaillierte Analyse der Regulierung von Transkriptions-Bursts. Durch die Konzentration auf Transkriptions-Bursts - die Grundeinheit der Genexpression - wird diese Forschung neue Erkenntnisse darüber liefern, wie Gene reguliert werden. Sie wird dazu beitragen, zu erklären, wie sich Zellen mit derselben DNA so unterschiedlich verhalten und sich an ihre Rolle und Umgebung anpassen können. Dieses Wissen könnte weitreichende Auswirkungen auf das Verständnis von Gesundheit, Krankheit und Zellfunktionen haben.