Die Rolle von Histonvarianten in der Chromatinorganisation

Der Steuermechanismus für Aufbau und Funktion spezifischer Domänen im Chromatin ist immer noch größtenteils unbekannt. Pflanzen haben eine Vielfalt unterschiedlicher Histon H2A Varianten. Diese Varianten indizieren die wichtigsten Domänen im Chromatin. Unsere noch nicht publizierten Daten weisen darauf hin, dass jede H2A Variante in Kombination mit bestimmten Histon-H3- Modifikationen spezifische Chromatineigenschaften definieren. Die rechnerische Auswertung der Daten weist darauf hin, dass diese Chromatineigenschaften genomische Funktionen steuern. Wir wollen daher die Aufgaben der H2A Varianten bei Organisation und Funktionsregelung von Chromatineigenschaften anhand von Arabidopsis als Modellpflanze tiefgehender untersuchen. Zunächst werden wir die Standard-Chromatineigenschaften von somatischen Zellen und Reproduktionszellen vergleichen, denen bestimmte H2A Varianten fehlen. Ebenso wollen wir die Auswirkung des Verlustes bestimmter H2A Varianten auf die Chromatineigenschaften untersuchen. Dafür nützen wir spezifische genetische Verhältnisse bei Arabidopsis sowie eine Technik, die auf molekulare Evolutionsstrategien bei bestimmten Algenarten und Bryophyten aufbaut. Ziel unseres Projektes ist es herauszufinden, wie und zu welchem Ausmaß H2A Varianten das Chromatin in funktionellen Domänen des Genoms organisiert.

Ein entscheidender Schritt in der Evolution unserer Vorfahren aus bereits existierenden Bakterien und Archaebakterien war die Vermehrung von Histonen, die die Expression und Erhaltung des Genoms steuern. Wie sich Histonvariationen auf die Art und Weise auswirken, wie unsere Zellen ihr Genom interpretieren und nutzen, steht im Mittelpunkt der Forschung des Berger-Labors. In diesem Antrag haben wir definiert, dass Histon-Varianten bei der Unterscheidung von Gebieten, die von Genen und transponierbaren Elementen fremden Ursprungs besetzt sind, eine zentrale Rolle spielen. Wir haben gezeigt, dass die Unterscheidung von fremdem genetischen Material ursprünglich durch die spezifische Histon-Methylierung H3K27me3 vermittelt wurde. Dies ist auch heute noch in vielen verschiedenen Formen von Einzellern wie Algen und Kieselalgen der Fall. Im Laufe der Evolution wurden neue Formen von Histonvarianten erfunden, um das fremde genetische Material zu unterscheiden. Diese verdrängten die ursprüngliche Verwendung von H3K27me3, das in Tieren und Pflanzen zur Stilllegung von Genen verwendet wurde. Wir haben gezeigt, dass die Histonvarianten in blühenden Pflanzen verschiedene spezifische Umgebungen um die DNA herum organisieren, die Gene, die für die Produktion von Proteinen verwendet werden sollen, von Genen unterscheiden, die zu einem bestimmten Zeitpunkt der Entwicklung oder als Reaktion auf verschiedene Formen von Stress still gehalten werden sollen. Anhand von Algen und Pflanzen, die mit Moosen verwandt sind, haben wir herausgefunden, wie sich die zunehmende Komplexität der Histonvarianten in Pflanzen entwickelt hat, um die Komplexität der regulatorischen Umgebung von Genen zu erhöhen. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Ergebnisse dieses Vorschlags ein neues Licht auf die Bedeutung von Histonvarianten in der Evolution der Genomregulierung werfen, die bei der Entwicklung komplexer Pflanzen und Tiere, bei denen Histonvarianten eine zentrale Rolle bei der Regulierung der Genomaktivitäten spielen, eine entscheidende Rolle gespielt haben.