Descrizione del progetto
Uno studio sulla struttura e sulla funzione dei fattori di trascrizione «pionieri»
I fattori di trascrizione pionieri avviano i cambiamenti del destino cellulare invadendo e aprendo la cromatina chiusa. Tali capacità uniche sono state impiegate per regolare lo sviluppo cellulare e indurre cellule staminali pluripotenti. I fattori di trascrizione pionieri sono costituiti da domini strutturati leganti il DNA (DBD, DNA-Binding Domain) affiancati da regioni intrinsecamente disordinate (IDR, Intrinsically Disordered Region). La spettroscopia a singola molecola consente di monitorare i sistemi molecolari dinamici e misurarne le distribuzioni conformazionali. Il progetto PIONEER, finanziato dal CER, intende scoprire i meccanismi delle interazioni tra fattori di trascrizione pionieri e nucleosomi, l’invasione e l’apertura della cromatina e l’interazione tra DBD e IDR. Utilizzando i fattori di trascrizione pionieri di nuova concezione già noti, lo studio mapperà gli stati conformazionali, approfondirà i meccanismi cinetici e osserverà il rimodellamento della cromatina in vitro e in vivo, nel contesto di quattro distinti percorsi di riprogrammazione cellulare.
Obiettivo
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.
Campo scientifico
Parole chiave
Programma(i)
- HORIZON.1.1 - European Research Council (ERC) Main Programme
Argomento(i)
Meccanismo di finanziamento
HORIZON-ERC - HORIZON ERC GrantsIstituzione ospitante
101 Reykjavik
Islanda