Opis projektu
Badanie budowy i funkcji pionierskich czynników transkrypcyjnych
Pionierskie czynniki transkrypcyjne (ang. pioneer transcription factor, pTF) inicjują zmiany w losie komórek poprzez przyłączenie się do zamkniętej chromatyny i doprowadzenie do jej rozluźnienia (otwarcia). Te wyjątkowe zdolności zostały wykorzystane do regulacji rozwoju komórek i indukowania pluripotencjalnych komórek macierzystych. Czynniki pTF składają się z ustrukturyzowanych domen wiążących DNA (ang. DNA-binding domain, DBD), otoczonych regionami inherentnie nieuporządkowanymi (ang. intrinsically disordered region, IDR). Dzięki spektroskopii pojedynczej cząsteczki możliwe jest monitorowanie dynamicznych układów molekularnych i analiza ich rozkładów konformacji. Finansowany przez Europejską Radę ds. Innowacji projekt PIONEER ma na celu odkrycie mechanizmów odpowiedzialnych za interakcje pTF z nukleosomami, naruszanie i rozluźnianie chromatyny oraz wzajemne oddziaływania między DBD i IDR. Dzięki wykorzystaniu zarówno poznanych, jak i nowo zaprojektowanych pionierskich czynników transkrypcyjnych projekt umożliwi zmapowanie stanów konformacyjnych, analizę mechanizmów kinetycznych i wykonanie obserwacji procesów przemodelowania chromatyny in vitro i in vivo w kontekście czterech różnych ścieżek przeprogramowania komórek.
Cel
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.
Dziedzina nauki
Słowa kluczowe
Program(-y)
- HORIZON.1.1 - European Research Council (ERC) Main Programme
Temat(-y)
System finansowania
HORIZON-ERC - HORIZON ERC GrantsInstytucja przyjmująca
101 Reykjavik
Islandia