Signalübertragung an das Nukleosom

Eukaryotische Zellen reagieren auf Änderungen in ihrer Umgebung und Signale von aussen indem sie ihre Genexpression umstellen. Dazu werden Signale von der Zelloberfläche in den Zellkern übertragen, wo Transkriptionsfaktoren die Genexpression mit Hilfe von assoziierten Chromatin modifizierenden Enzymen regulieren. Aktivierung von Stress- oder Wachstumsfaktor-aktivierten Kinasekaskaden führt letztendlich zur spezifischen Markierung von Nukleosomen durch Phosphorylierung von Serin 10 am Histon H3. Während der letzten Jahre wurde ein Zusammenhang zwischen der H3-S10 Phosphorylierung und der Aktivierung von einigen Säugetiergenen aufgezeigt. Allerdings ist der Mechanismus, durch den die Markierung am Histon H3 erkannt und wie das Signal an die Transkriptionsmaschinerie weitergegeben wird, weitgehend unerforscht. In diesem Projekt werden wir die Rolle der Serin10-Phosphorylierung in der Genregulation in Mausfibroblasten untersuchen. Dazu haben wir kürzlich ein Modellsystem etabliert, in dem die Phosphorylierung und Azetylierung von Histon H3 und dadurch die Aktivierung spezifischer Zielgene induziert werden können. Mit Hilfe dieses Systems werden wir die Rekrutierung der S10-Phosporylierung an reagierende Promotoren und die daraus resultierenden Veränderungen anderer Modifikationen an Histon H3 untersuchen. Des Weiteren werden wir die Konsequenz der S10-Phosporylierung für die Initiation und Elongation der Transkription und den Mechanismus, der zum Abschalten des transienten Phosphorylierungssignals führt, studieren. Um mehr über die Signalübertragung durch phospho-S10 Markierungen zu erfahren, haben wir kürzlich eine Suche nach Proteinen, die spezifisch phosphoryliertes Histon H3 binden, durchgeführt. Unseres Wissens nach wurde bisher kein Protein, dass die phospho-S10 Markierung spezifisch erkennt, veröffentlicht. Wir haben zwei Proteine (hier PHB1 und PHB2 genannt) identifiziert, die spezifisch an phosphoryliertes H3-S10 binden. Azetylierung von Lysin 14 an Histone H3 erhöht die Affinität der beiden Proteine für den N-terminus von H3. Wir konnten auch zeigen, dass PHB1 und PHB2 zu Zielpromotoren, die mit phosphoryliertem Histon H3 assoziiert sind, rekrutiert werden. Wir werden die Rolle dieser Proteine für die transkriptionelle Aktivierung von spezifischen Genen charakterisieren. Mit Hilfe des Fibroblasten-Modellsystems werden wir untersuchen, ob PHB1 und PHB2 als Adaptor-Proteine funktionieren, die in das Rekrutieren von Chromatin-Remodeling-Komplexen, Histon- modifizierenden Enzymen oder Komponenten der basalen Transkriptionsmaschinerie involviert sind. Unser Projekt soll signifikant zum Verständnis der Transkriptionskontrolle durch Mechanismen, die Phosphorylierungssignale auf dem Niveau des Nukleosoms integrieren, beitragen.

Eukaryotische Zellen reagieren auf Änderungen in ihrer Umgebung und Signale von aussen indem sie ihre Genexpression umstellen. Dazu werden Signale von der Zelloberfläche in den Zellkern übertragen, wo letztendlich bestimmte Gene abgelesen werden. Interessanterweise führt die Stimulierung durch Stress- oder Wachstumsfaktoren auch zu Markierungen auf den Histonen, die als Verpackungsmaterial unserer DNA dienen. Während der letzten Jahre wurde ein Zusammenhang zwischen der Phosphorylierung von Histon H3 und der Aktivierung von einigen Säugetiergenen aufgezeigt. Diese Markierung bestimmt den Verpackunggrad der DNA und dadurch auch die Zugänglichkeit unserer Gene. In diesem Projekt haben wir die Rolle der Serin10-Phosphorylierung in der Genregulation in Mausfibroblasten untersucht. Wir konnten die Enzyme, die die Phosphorylierung und Dephosphorylierung von Histon H3 kontrollieren, identifizieren und ihre Bedeutung für die Genaktivierung demonstrieren. Das wichtigste Resultat war die Identifizierung zweier 14-3-3 Proteine als erste bekannte Faktoren, der spezifisch an phosphoryliertes H3-S10 binden. Azetylierung von von benachbarten Lysin-Resten erhöht die Affinität der beiden Proteine für das Histon H3. Die Histon-Code Hypothese postuliert, dass zusätzlich zur genetischen Information der DNA auch die für die Verpackung der DNA notwendigen Histone eine Anleitung für die Verwendung der verpackten Gen enthalten. Verschiedene Modifikationen könnten in Kombinationen unterschiedliche Aktionen wie Transkription oder Stilllegen der jeweiligen Gene signallisieren. Die Resultate dieses Projekts unterstützen die Idee, dass kombinatorische Chromatinmodifikationen eine wichtige Funktion in der Genregulation haben und tragen daher signifikant zum Verständnis der Transkriptionskontrolle durch Mechanismen, die Phosphorylierungssignale auf dem Niveau des Nukleosoms integrieren, bei.