Description du projet
Étudier la structure et la fonction des facteurs de transcription pionniers
Les facteurs de transcription pionniers (pTF pour «pioneer transcription factors») amorcent les modifications liées au destin cellulaire en envahissant et en ouvrant la chromatine fermée. Ces capacités uniques ont été utilisées pour réguler le développement cellulaire et induire des cellules souches pluripotentes. Les pTF sont constitués de domaines de liaison à l’ADN (DBD pour «DNA-binding domain») structurés flanqués de régions intrinsèquement désordonnées (IDR pour « intrinsically disordered region»). La spectroscopie monomoléculaire permet de suivre des systèmes moléculaires dynamiques et de mesurer leurs distributions conformationnelles. Le projet PIONEER, financé par le CER, entend lever le voile sur les mécanismes d’interaction des pTF avec les nucléosomes, l’invasion et l’ouverture de la chromatine, ainsi que sur les relations entre les DBD et les IDR. En s’appuyant sur les pTF connus et nouvellement conçus, l’étude permettra de cartographier les états conformationnels, d’explorer les mécanismes cinétiques et d’observer le remodelage de la chromatine in vitro et in vivo dans le contexte de quatre voies de reprogrammation cellulaire distinctes.
Objectif
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.
Champ scientifique
Mots‑clés
Programme(s)
- HORIZON.1.1 - European Research Council (ERC) Main Programme
Thème(s)
Régime de financement
HORIZON-ERC - HORIZON ERC GrantsInstitution d’accueil
101 Reykjavik
Islande