Descripción del proyecto
Investigación de la estructura y la función de factores de transcripción pioneros
Los factores de transcripción pioneros inician cambios en el destino celular al invadir y abrir la cromatina cerrada. Estas capacidades únicas se han utilizado para regular el desarrollo celular e inducir células madre pluripotentes. Los factores de transcripción pioneros están formados por dominios estructurales de unión al ADN flanqueados por regiones intrínsecamente desordenadas. La espectroscopia de molécula única permite el seguimiento de sistemas moleculares dinámicos y la medición de sus distribuciones conformacionales. El equipo del proyecto PIONEER, financiado por el Consejo Europeo de Investigación, se propone descubrir los mecanismos de las interacciones de los factores de transcripción pioneros con los nucleosomas, la invasión y apertura de la cromatina y la interacción entre los dominios estructurales de unión al ADN y las regiones intrínsecamente desordenadas. Mediante el uso de factores de transcripción pioneros conocidos y recientemente diseñados, el estudio cartografiará los estados conformacionales, investigará los mecanismos cinéticos y observará la remodelación de la cromatina «in vitro» e «in vivo» en el contexto de cuatro rutas distintas de reprogramación celular.
Objetivo
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.
Ámbito científico
Palabras clave
Programa(s)
- HORIZON.1.1 - European Research Council (ERC) Main Programme
Régimen de financiación
HORIZON-ERC - HORIZON ERC GrantsInstitución de acogida
101 Reykjavik
Islandia