Die Rolle von Chromatin beim Generationswechsel

Die Hauptaufgabe der DNA besteht darin, Gene zu kodieren. Sie wird dabei unterstützt durch eine komplexe und dynamische Interaktion mit Proteinen, die zusammen mit der DNA das Chromatin bilden. Chromatin-Komponenten spielen eine wesentliche Rolle bei der Regelung der Genexpression und werden deshalb auch mit dem Phänomen gleichzeitig stattfindender, aufeinander abgestimmter Änderungen in der Aktivität tausender Gene in Verbindung gebracht. Solche Großereignisse finden bei bedeutenden Übergängen im Lebenszyklus vielzelliger Organismen, wie der Pubertät, der Mauser oder des Alterns, statt. Bisher war es sehr schwierig die globalen Mechanismen, durch die das Chromatin die Änderungen im Lebenszyklus beeinflussen, zu untersuchen, was vor allem an der Komplexität der Netzwerke epigenetischer (chromatin-bildender) Faktoren lag. In dem vorliegenden Forschungsantrag stellen wir detailliert unsere Herangehensweise an die Frage dar, wie Änderungen der Genexpression in großem Umfang koordiniert werden. Wir wollen das mit Hilfe eines sehr einfachen Modellorganismus, der allerdings einen wichtigen Evolutionsschritt gemacht hat, bewerkstelligen. Vor 500 Millionen Jahren haben sich die ersten Organismen an das Leben an Land angepasst, wozu neue Funktionen und Organe nötig wurden. Landpflanzen haben hierfür ein neues Lebensstadium entwickelt, den sogenannten Sporophyten. Fortan gab es Generationswechsel bei der Fortpflanzung. Die geschlechtliche Fortpflanzung übernahm der aus wenigen Zellen bestehende Gametophyt, die ungeschlechtliche Vermehrung der vielzellige Sporophyt. Die Sporophyten-Generation ist das, was wir üblicherweise als Pflanze bezeichnen. Mit diesem Forschungsantrag möchten wir uns im Speziellen auf die Rolle konzentrieren, die das Chromatin bei der evolutionären Entstehung des Sporophyten gespielt hat. Hierfür wollen wir uns des neuen Modellorganismus Marchantia polymorpha bedienen, eines Moses, das einen einfachen, aber vollständigen Sporophyten entwickelt und zu den ältesten Entwicklungslinien der Landpflanzen gehört. Unsere ersten Experimente weisen auf einen massiven Umbau des Chromatins kurz vor Beginn der Entwicklung des Marchantia Sporophyten hin. Das technische und wissenschaftliche Knowhow, das am Vienna Biocenter durch Synergien von Core Facilities und Forschungsgruppen vorhanden ist, ermöglicht es uns, groß angelegte Hochdurchsatz-Strategien zu entwickeln, um die von uns gestellten wissenschaftlichen Fragen zu beantworten. Die Experimente basieren auf molekularbiologischen und genomischen Technologien und der am Campus vorhandenen Hochdurchsatz-Mikroskopie. Dieser Parallelansatz wird es möglich machen - zum ersten Mal überhaupt - die Frage umfassend anzugehen, welche Rolle das Chromatin bei Übergängen im Lebenszyklus vielzelliger Organismen spielt. Wir wollen letztendlich in der Lage sein, neue Paradigmen zu formulieren und einen langfristigen Einfluss auf unser Verständnis der Aufgabe des Chromatins bei Genregulation und Evolution gewinnen.