Ein neuartiger epigenetischer Code

Die Genexpression in multizellulären Eukaryonten wird durch Histone reguliert direkt mit der DNA zusammenhängende Proteine. Unter den fünf Histonarten enthält die H2A -Familie Varianten die spezifisch an exprimierte Gene, unterdrückte Gene oder Transposonen binden. Die Steuermechanismen dieser spezifischen verschiedenen Depositionsmuster der H2A-Varianten sind derzeit weitgehend unbekannt. Wir konnten nachweisen, dass für die Deposition der Variante H2A.W auf Transposonen in Blütenpflanzen der Chromatin- Remodeler DDM1 verantwortlich ist. Die Wirkung dieses Chromatin-Remodelers auf die Stilllegung von Transposonen und auf die DNA-Methylierung wurde nachgewiesen. Die dieser Wirkung zugrundeliegende Funktion ist jedoch bis heute unklar geblieben. In unserem Projekt wollen wir unter Verwendung eines neuen genomischen Ansatzes herausfinden, ob die Deposition von H2A.W durch DDM1 direkt für das Transposon - Silencing verantwortlich ist: Zur Identifikation der regulatorischen Partner von DDM1 wird eine Kombination aus genetischen und biochemischen Methoden verwendet. Da sich Histone und die damit verbundenen Chromatin-Remodeler bei Tieren und Pflanzen parallel entwickelten, wird diese Forschung unser Verständnis der Chromatindynamik in allen Eukaryonten beeinflussen.

Wie sich Eukaryoten aus einfacheren Organismen entwickelt haben, ist eine der grundlegendsten und am wenigsten verstandenen Fragen der Biologie. Im Vergleich zu Bakterien und Archaeen ist die DNA von Eukaryonten mit einer viel größeren Vielfalt an veränderbaren Proteinkomplexen verbunden, die das im Zellkern eingeschlossene Chromatin bilden. Chromatin-Proteinkomplexe schützen die Integrität des genetischen Codes und regeln sorgfältig den Zugang zu dessen Informationen, um diesen Code in Proteine zu übersetzen. Das Chromatin ist somit ein wesentliches Kontrollzentrum jeder unserer Zellen, und wir vermuten, dass die zunehmende Komplexität der Chromatinproteine in Eukaryonten eine Voraussetzung für die Evolution des mehrzelligen Lebens war. Wir haben interdisziplinäre Strategien angewandt, die auf komplementärem Fachwissen in den Bereichen Evolution, Genetik und Strukturbiologie beruhen, um die Rolle von Histonvarianten zu charakterisieren, die wesentliche Bestandteile des Chromatins sind und sich im Laufe der Entwicklung komplexer Eukaryonten diversifiziert und neofunktionalisiert haben. Wir haben molekulare Phylogenomik und synthetische Genetik, Molekularbiologie und Strukturdaten kombiniert, um die Funktion und die evolutionären Auswirkungen der Histonvariante H2A.Z zu bestimmen. Diese Arbeit belegt die zentrale Rolle von H2A.Z als Modulator der Transkription. Wir schlagen vor, dass die Evolution der Histonvarianten eine vielschichtige Interpretation des genetischen Codes ermöglichte, um ein zeitliches Transkriptionsprogramm zu schaffen, das die komplexere Entwicklung komplexer mehrzelliger Pflanzen und Tiere unterstützte.