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FP7

4DCELLFATE — Ergebnis in Kürze

Project ID: 277899
Gefördert unter: FP7-HEALTH
Land: Spanien

Epigenetische Regulatorkomplexe als Ursachen von Krankheiten

Epigenetische Regulatorkomplexe – der NuRD-Komplex (Nukleosom-Remodelling- und Deacetylierung) und PRC-Komplexe (Polycomb-repressive Komplexe) – regulieren die Differenzierung von embryonalen Stammzellen (ESC). Auch sind sie an der Entstehung von Krebsstammzellen (Leukämie) beteiligt.
Epigenetische Regulatorkomplexe als Ursachen von Krankheiten
Das Potenzial der vollständigen Genomsequenzierung kann aber nicht ausgeschöpft werden, da häufig unbekannt ist, welche Genprodukte aus den genomischen Informationen entstehen. Faszinierenderweise spielen hier oft so genannte epigenetische Regulatoren eine Rolle, die das Genprodukt, nicht jedoch die DNA-Sequenz selbst verändern. Ursachen für epigenetische Veränderungen können sowohl Veranlagung als auch Umweltfaktoren sein.

Das EU-finanzierte Forschungsprojekt 4DCellFate entwickelt Methoden zur Erforschung des so genannten epigenetischen Codes, der die epigenetische Regulierung während der Differenzierung vorgibt, damit sich embryonale Stammzellen (ESC) beispielsweise zu Muskeln, Nerven u.a. differenzieren. Bei Krankheiten sind diese Prozesse oft gestört, was sogar zur Entstehung von Krebs führen kann.

Ein multidisziplinäres Konsortium aus akademischen und Industriepartnern untersuchte im Rahmen von 4DCellFate die beiden wichtigen epigenetischen Regulatorkomplexe PCR und NuRD, speziell die strukturellen und funktionellen Veränderungen bei PRC- und NuRD-Komplexen während der Differenzierung von ESC und der Entstehung von Krebs. Mit hochmodernen Techniken wie ChIP-seq-Analyse, Röntgenkristallografie, Massenspektrometrie (MS) und Elektronenmikroskopie werden dabei räumliche und zeitliche Interaktionen zwischen Proteinen, Nukleosomen und Nukleinsäuren erforscht.

Bislang wurden mehrere wichtige Entdeckungen gemacht. Mittels ChIP-seq wurden bei Maus-ESC (mESC) die genaue Struktur und Zusammensetzung von NuRD- und PRC1/2-Komplexen ermittelt und wichtige interagierende Moleküle identifiziert. Entwickelt wurde auch ein flexibles, sensitives und hochdurchsatzfähiges genetisches Screening-Verfahren, um Zelllinien mithilfe einer siRNA-Bibliothek zu testen und Polycomb-Regulatoren in mESC zu identifizieren.

Ein technischer Durchbruch für das Projekt war die Entwicklung einer Hochdurchsatz- Proteinkristallisationsmethode und eines Röntgenverfahrens für Strukturanalysen (MultiTRAQ) für die schnelle Charakterisierung von Proteinkomplexen mittels MS. Die Verarbeitungszeit beträgt damit nur noch wenige Tage statt mehr als ein Jahr. Weitere Ergebnisse sind Protokolle zur automatisierten Erkennung von Strukturen in NuRD- und PRC1/2-Komplexen. Eine MultiBac-Expressionsmethode ermöglichte die gleichzeitige Expression mehrerer Proteine, und es wurden Protokolle für die Aufreinigung von NuRD- und PRC-Komplexen erstellt.

Um zeitliche Variationen in NuRD- und PRC-Komplexen während der ESC-Differenzierung umfassend zu analysieren, werden derzeit Daten zusammengeführt. Bibliotheken mit kleinen Molekülen werden nach möglichen Inhibitoren oder Substanzen durchsucht, die die Aktivität der Komplexe und damit die Differenzierung verändern.

Die Forschungsergebnisse wurden in Publikationen, unabhängigen Fachzeitschriften wie auch auf der Projektwebseite veröffentlicht. Die neuen Kenntnisse zu epigenetischen Komplexen könnten auch die selektive Differenzierung von induzierten pluripotenten Stammzellen (iPS) optimieren und damit neue Möglichkeiten für die Stammzelltherapie bei Krebserkrankungen und in der regenerativen Medizin eröffnen.

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Fachgebiete

Life Sciences
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