Projektbeschreibung
Untersuchung von Struktur und Funktion von Pionier-Transkriptionsfaktoren
Pionier-Transkriptionsfaktoren (pTF) leiten Veränderungen des Zellschicksals ein, indem sie in geschlossenes Chromatin eindringen und es öffnen. Diese einzigartigen Fähigkeiten wurden genutzt, um die Zellentwicklung zu steuern und pluripotente Stammzellen zu induzieren. Die Pionier-Transkriptionsfaktoren bestehen aus strukturierten DNS-bindenden Domänen (DBD), die von intrinsisch ungefalteten Regionen umgeben sind. Die Einzelmolekül-Spektroskopie ermöglicht die Überwachung dynamischer molekularer Systeme sowie die Messung von deren Konformationsverteilungen. Das vom Europäischen Forschungsrat finanzierte Projekt PIONEER zielt darauf ab, die Mechanismen der Interaktion von Pionier-Transkriptionsfaktoren mit Nukleosomen, das Eindringen in und die Öffnung von Chromatin sowie das Zusammenspiel von DBD und intrinsisch ungefalteten Regionen aufzudecken. Unter Einsatz bekannter und neu entwickelter Pionier-Transkriptionsfaktoren werden im Rahmen der Studie Konformationszustände abgebildet, kinetische Mechanismen untersucht und der Chromatinumbau in vitro und in vivo im Kontext von vier verschiedenen Wegen der Zellreprogrammierung beobachtet.
Ziel
Pioneer transcription factors (pTFs) have unique capabilities beyond classical TFs: They can invade and open closed chromatin, initiating cell-fate changes. Their remarkable abilities have been used to steer cell-fate decisions and to induce a pluripotent stem cell state through poorly understood pathways. Like most TFs, pTFs consist of structured DNA-binding domains (DBDs) flanked by long intrinsically disordered regions (IDRs). In attempts to explain their pioneering functions, intense focus has been on how the structured DBDs of pTFs interact with the nucleosome core particle. Yet, the critical interactions with nucleosomes beyond the core particle, the interplay between DBDs and IDRs, and the molecular mechanism of chromatin invading and opening, remain unclear.
The extensive disorder of pTFs places them outside the scope of current structural biology efforts and understanding their functions therefore requires a different approach. Single-molecule spectroscopy offers a powerful toolbox to monitor dynamic molecular systems and measure their conformational distributions. These methods enable quantitative modeling of distances and dynamics in biomolecules over timescales reaching over 15 orders of magnitude. Building on our recent breakthroughs in single-molecule techniques for studying highly disordered proteins in chromatin regulation and our preliminary data on pTF IDRs, we are in a unique position to apply our expertise to the molecular mechanism of pTFs.
Using five established pTFs involved in four distinct cell reprogramming pathways, we intend to: 1) map conformational states, 2) decipher kinetic mechanisms, 3) engineer new pTFs, and 4) observe chromatin remodelling, both in vitro and within the complex cellular environment. A molecular-level understanding of pTF functions may break the barrier to fully controlling cell fate, unleashing the enormous medical potential of cell-based therapy.
Wissenschaftliches Gebiet
Schlüsselbegriffe
Programm/Programme
- HORIZON.1.1 - European Research Council (ERC) Main Programme
Thema/Themen
Finanzierungsplan
HORIZON-ERC - HORIZON ERC GrantsGastgebende Einrichtung
101 Reykjavik
Island