Auswirkungen von den neuen H2A Histonvarianten auf Chromatinstruktur und Genexpression.

DNA ist um Nukleosomen gewickelt, die aus je zwei der vier Histone H2A, H2B, H3 und H4 bestehen. Wir haben in Pflanzen eine neue Histonvariante H2A.W identifiziert, die im grössten Teil des kondensierten Heterochromatins vorkommt. Heterochromatin ist für die Stabilität des Genoms wichtig, da es Transposons inaktiv hält und die korrekte Weitergabe der Chromosomen während der Zellteilung gewährleistet. Letzteres geschieht durch die Interaktion des Heterochromatins mit den mitotischen Kinetochoren. Wir haben gezeigt, dass H2A.W weitgehend für die räumliche Organisation des Heterochromatins in Chromozentren verantwortlich ist. Mit diesem Projekt wollen wir die Rolle von H2A.Z für die Chromatinarchitektur durch die Anwendung der Hi-C (chromosome conformation capture) Methodik untersuchen und die Daten mit Ergebnissen der Strukturanalyse durch hochauflösende Mikroskopie in Verbindung bringen. Darüber hinaus haben wir gezeigt, dass H2A.W eine Rolle in der transkriptionellen Geninaktivierung spielt; die daran beteiligten molekularen Mechanismen kennen wir jedoch noch nicht. Deshalb wollen wir durch Anwendung einer genomweiten RNA Sequenzierung testen, ob nicht-kodierende RNAs an diesem Prozess beteiligt sind. Insgesamt wird das Projekt sowohl unser Verständnis der Zellkernorganisation erweitern als auch dessen Rolle bei der Stilllegung (Gene-Silencing) der Genexpression bestimmen. Das Projekt basiert auf einer Zusammenarbeit zwischen dem Berger Lab am GMI in Wien, das über große Erfahrung in der molekularbiologischen Erforschung von Histonvarianten verfügt, und dem Chen Lab an der Academia Sinica in Taipei, dessen Mitglieder ihr Know-how in der Bioinformatik beitragen werden.

Transposons oder springende Gene, in der Mitte des 20. Jahrhunderts von Barbara McClintock entdeckt, bedrohen die Integrität des Genoms. Die meisten Transposons sind jedoch inaktiviert und in speziellen Regionen des Genoms, dem sogenannten Heterochromatin, angereichert. Wenn der Inaktivierungsmechanismus verloren geht, können die Transposons mobilisiert werden, mit schädlichen Folgen wie z.B. Tumorbildung. Die Erhaltung des Heterochromatins ist relativ gut untersucht, während die Auslösung einer Inaktivierung bei der Heterochromatinbildung kaum verstanden ist und das Hauptthema des Antrags darstellt.Das Labor von Dr. Frederic Berger, in dem das Projekt durchgeführt wurde, hat entdeckt, dass Heterochromatin vorrangig H2A.W enthält, eine bestimmte Variante des Histons H2A. H2A ist einer der vier Histonarten, die die Grundelemente des Chromatins ausmachen. Die Hypothese des Antrags lautet, dass der dynamische Einbau von H2A.W die Grundlage der Heterochromatingestaltung bildet. Das in Zusammenarbeit mit Dr. Pao-Yang Chen an der Academia Sinica durchgeführte Projekt bestätigte diese Hypothese. Basierend auf einer Kombination von genetischen und genomischen Experimenten haben wir gezeigt, dass H2A.W eine Schlüsselrolle beim Transposon-Silencing spielt. Signalwege, die DNA-Methylierung verursachen, unterstützen H2A.W dabei. Diese neuen Ergebnisse begünstigen die Vorstellung, dass die Chromatinstruktur direkt an der Kontrolle des Silencing beteiligt ist. Die Ergebnisse werden weitreichende Auswirkungen auf das Verständnis der Entstehung von Heterochromatin bei einer Vielzahl von Spezies, einschließlich des Menschen und der Mechanismen von Chromatin-bedingten Krankheiten haben.