Langstrecken Genstilllegung durch geprägte macro InkRNS

Geprägte Gene bilden Cluster, die in den meisten Fällen auch eine macro lange nicht kodierende RNS enthalten (lnkRNS). LnkRNS kodieren nicht für Proteine, sind länger als 200bp und werden mit transkriptioneller Regulation in Verbindung gebracht. Macro lnkRNS sind eine Unterklasse der lnkRNAs, deren Besonderheit darin besteht, dass sie ein geringes Splicing-potential haben und ihr ungesplictes Produkt funktionell ist. In drei von vier Fällen wurde experimentell gezeigt, dass die geprägte macro lnkRNS direkt für die Genstillegung von allen Genen in dem entsprechenden geprägten Cluster notwendig ist. In manchen Fällen ist die geprägte Genexpression auf bestimmet Entwicklungsstadien oder Gewebe beschränkt. Eine spezielle Klasse von geprägten Genen, die in der Regel weiter entfernt von der macro lnkRNS sind, zeigen nur in bestimmten extra-embryonalen Geweben der Plazenta und des viszeralen Dottersacks (VDS) geprägte Expression. In dem vorliegende Antrag werde ich die Regulation dieser Gene als Modell verwenden um die langstrecken Genstilllegung durch macro lnkRNAs zu studieren. Meine Untersuchungen von chromosomalen Interaktionen zeigen, dass die aktiven Promotoren von geprägten Genen im Igf2r-Cluster in VZD mit Elementen interagieren, die innerhalb des Genkörpers der macro lnkRNS Airn liegen. Diese Interaktionen sind nur auf dem mütterlichen Chromosom detektierbar, auf welchem die entsprechenden Gene aktiv sind, Airn aber nicht aktiv ist. Diese Interaktions-Elemente tragen Marker, die spezifisch für Enhancer sind. Auf dem paternalen Allel ist Airn aktiv, und legt alle geprägten Gene in diesem Kluster still. Diese Daten erlauben die Hypothese, dass die Transkription von Airn die Interaktion von Enhancern mit den geprägten Genen unterbricht und sie damit stilllegt. Um diese Hypothese zu testen werde ich zuerst eine detaillierte Kartierung aller Enhancer in der Airn-Region vornehmen und testen ob diese Enhancer in extra-embryonalen Geweben aktiv sind und von Airn reguliert werden. Im zweiten Teil dieses Projektes werde ich Enhancer im gesamten Mausgenom kartieren und jene, die innerhalb der Genkörper von geprägte macro lnkRNAs liegen auf ihre Interaktion mit den Promotoren von geprägten Genen untersuchen. Die Erkenntnisse dieses Projekts werden nicht nur zu einem besseren Verständnis der Funktion von geprägten makro lnkRNS beitragen sondern auch wichtige Erkenntnisse für die zukünftige funktionelle Analyse von lnkRNS liefern.

Dieselbe Menge an genetischer Information findet sich in jeder Zelle des Körpers, aber nur eine bestimmte Untergruppe von Genen ist in jedem gegebenen Gewebe angeschaltet. Diese Gewebespezifität wird durch entfernte genetische Elemente kontrolliert, der Verstärker genannt werden und mit dem Gen interagieren, um es einzuschalten. Gene haben eine mütterliche und väterlich vererbte Kopie, und in den meisten Fällen sind beide Kopien entweder ein- oder ausgeschaltet. Eine kleine Anzahl von Genen haben nur eine Kopie angeschaltet, aufgrund des sogenannten eingeprägte Stummschaltung der anderen Kopie. Dieses eingeprägte Stummschaltung wird oft durch eine sogenannten Lange nicht-kodierende (lnc) RNA gewebespezifisch kontrolliert, was darauf hinweist, dass die lncRNA durch die Blockierung von Verstärker wirken kann. Um dies zu untersuchen, erstellten wir zuerst eine umfassende Karte von geprägten Genen in der Maus, und eine Karte von aktiven und repressiven Markierungen auf dem Genom untersuchten, und verglichen dann die beiden, um die Beziehung zwischen aktiven Verstärker, geprägte Gene und lncRNAs zu bestimmen. Zweitens haben wir als Modellsystem genetische Mutanten verwendet, um zu testen, ob die lncRNA Airn eine eingeprägte Stummschaltung eines Clusters benachbarter Gene verursacht, indem sie die Verstärker Wirkung stört.Geprägte Gene treten zusammen in Gen-Clustern auf, und unser genomweiter Ansatz ermöglichte es uns zu zeigen, dass die Größe dieser Gen-Cluster während der Entwicklung stark variiert. Dies deutete darauf hin, dass das eingeprägte Stummschalten auf gewebespezifische Verstärker einwirkt, was durch eine Korrelation zwischen der Größe des eingeprägten Gen-Clusters und der Region mit aktiven eingeprägten Verstärker Markierungen unterstützt wurde. Am Airn-lncRNA-Gen fanden wir Chromosomen Interaktionen zwischen potenziellen Verstärker im Gen und benachbarten geprägten Genen nur auf der aktiven Kopie, wo Airn ausgeschaltet ist, was darauf hinweist, dass Airn lncRNA durch Blockieren von Interaktionen zwischen Verstärker und geprägten Genen eingeprägte Stummschaltung verursachen kann. Um dies zu testen, erstellten wir eine große genetische Löschung, die das Airn-Gen und Verstärker enthielt. Diese Löschung wirkte sich nicht auf geprägte Gene auf der aktiven Kopie aus, führte jedoch zu einem Verlust des eingeprägte Stummschaltung auf der normalerweise stummen Kopie, was darauf hinweist, dass die Airn lncRNA zum Anhalten aktiviert werden muss und dass es keine wesentlichen Verstärker für das Prägen Gene im Airn-Gen gibt. Wir schlagen vor, dass zunächst die beobachteten Chromosomeninteraktionen auf beiden Kopien existieren und es der Airn lncRNA ermöglichen, ihre Ziele zu finden, und dass diese Interaktionen dann auf der stillen Kopie aufgrund der Ablagerung von repressiven Markierungen verloren gehen.