Polycomb/Trithorax Response Elemente und nichtkodierende RNA

Die Proteine der Polycombgruppe (PcG) und der Trithoraxgruppe (TrxG) sind hochkonservierte Vermittler eines epigenetischen "zellulären Gedächtnisses", welches für die korrekte Erhaltung der Zellidentität sowohl von Stammzellen als auch von normalen Zellen verantwortlich ist. Trotz des enormen Fortschritts der letzen Jahre in der biochemischen Charakterisierung dieser Proteine und der Aufzeichnung ihrer genomweiten Bindungsstellen sind die Mechanismen der durch die PcG vermittelten Stilllegung und durch die TrxG vermittelten Aktivierung der Gene noch unklar. Noch weniger verstehen wir von den Übergängen zwischen diesen Zuständen, sowie ihrer stabilen Vererbung von einer Zellgeneration zur nächsten, eine Frage die im Kern der epigenetischen Forschung steht. In der Fliege erkennen die Proteine der PcG und TrxG ihre Zielgene durch Bindung an Polycomb/Trithorax Response Elemente (PRE/TREs). Obwohl diese Elemente mehrere Hunderte von Genen regulieren, sind sie in den Hox Genen des Bithorax Komplexes am besten charakterisiert. Die PRE/TREs der Hox Gene werden während der Embryogenese in nichtkodierende RNAs transkribiert. In den letzen Jahren wurde die Rolle dieser nichtkodierenden Transkription in der Regulation der PRE/TRE Elemente in mehreren Studien untersucht, die sich derzeit nicht einig sind, ob die nichtkodierenden Transkripte eine Rolle bei der Aktivierung oder Stillegung von PRE/TRE assoziierten Genen spielen. In einem vor kurzem veröffentlichten Review über dieses Forschungsgebiet haben wir die Hypothese aufgestellt, dass viele der sich anscheinend widersprechenden Ergebnisse durch Berücksichtigung der Entwicklungszeit aufgelöst werden können. Das in diesem Antrag beschriebene Projekt zielt darauf ab, nichtkodierende PRE/TRE Transkription im Kontext der Entwicklung bei Drosophila melanogaster zu studieren, und besteht aus zwei Teilen: 1) Quantitative Analyse der nichtkodierenden RNAs von PRE/TREs während der Entwicklung. Die Wirkung nichtkodierender Transkription eines PRE/TREs auf Transkription der assoziierten mRNA in verschiedenen Entwicklungsstadien wird durch Realtime PCR, In situ Hybridisierung und mit transgenen Fliegen untersucht. 2) Aufreinigung nichtkodierender RNAs von PRE/TREs und deren Bindungspartner in verschiedenen Entwicklungsstadien. Moleküle, die in verschiedenen Entwicklunsstadien an nichtkodierende RNAs von PRE/TREs in vitro und in vivo binden, werden durch "StreptoTag" Affinitätschromatographie untersucht. Die Ergebnisse dieser Arbeit implizieren nicht nur ein besseres Verständnis der Genregulation durch nichtkodierende PRE/TRE Transkription, sondern stellen diese Vorgänge auch in deren korrekten Entwicklungskontext.

Wie können sich Zellen an ihre Identität über mehrere Zellgenerationen erinnern? Was sind die Konsequenzen bei Verlust dieser Erinnerung? Teil der Antwort liegt in den zwei Proteingruppen Polycomb und Trithorax, die im Zusammenspiel das Genom unter Kontrolle halten. Diese essentiellen Kontrollelemente der Zellidentität benötigen die Information, wann sie einer Zelle Stabilität oder Flexibilität gewähren sollen. Gerät dieses System in ein Ungleichgewicht, kann Krebs entstehen. Wir haben einen faszinierenden molekularen Mechanismus entdeckt, der diese Entscheidungen reguliert. Dieser Mechanismus basiert auf RNS Molekülen. Wird die Richtung der Transkription dieser regulatorischen RNS Moleküle geändert, signalisiert dies für die Polycomb und Trithorax Proteine ein Umschalten von alles soll gleich bleiben zu alles soll geändert werden.