Opis projektu
Od aktywności chromatyny w mikroskali do nowych właściwości w makroskali
Kompleksy zwane chromatyną powstają z gęsto upakowanego w komórce DNA, którego łańcuchy owijają się wokół białek, przypominając koraliki nawinięte na nić. Coraz więcej danych wskazuje na to, że nowo odkryte właściwości materiałowe chromatyny regulują najważniejsze procesy jądrowe. Jednak scharakteryzowanie tych właściwości było dotąd bardzo trudne, ponieważ badania in vitro nie są dostosowane do stopnia złożoności maszynerii komórkowej, a z kolei badania żywych komórek nie dają łatwego wglądu w procesy dynamiczne w małej skali. Badacze z finansowanego ze środków UE projektu wypełnią lukę między mikro- i makroskalą, wykorzystując ekstrakty z jaj platany szponiastej (Xenopus laevis) oraz syntetyczne jądra składające się z przygotowanych metodami inżynieryjnymi sekwencji DNA. Zaawansowane techniki doświadczalne pomogą w wyjaśnieniu, jak kolektywna aktywność chromatyny w małej skali przekłada się na powstanie właściwości materiałowych chromatyny w dużej skali.
Cel
The main aim of this proposal is to resolve how the physics of molecular-scale activities result in the emergent material properties of chromatin and how those contribute to chromatin organization and function. Mounting evidence suggests that the material properties of chromatin regulate essential nuclear processes. Chromatin has been studied with two disconnected approaches; pure in vitro studies, perfectly suited for careful biophysical measurements on single DNA molecules but lacking the complexity of a cell, or intact cell measurements, with limited access to measure material properties and small-scale chromatin dynamics. The physical properties of chromatin, however, are emergent and result from the molecular activities that are in turn regulated by those properties. As a consequence, it is crucial to establish new experimental assays that connect these two scales and levels of complexity. Here, I will bridge the gap in scales and biochemistry between pure in vitro assays and measurements in intact cells by reconstituting chromatin processes in Xenopus laevis egg extracts across scales. I will combine quantitative microscopy, optical tweezer measurements, and theory to biophysically characterize the self-organization of protein-DNA co-condensation and loop extrusion and single chromatin molecules of increasing complexity. To bridge the microscopic and the macroscopic scales, I will assemble synthetic nuclei made of pre-engineered DNA sequences, which allows for exquisite control of DNA length, amount, and chromatin activities. In combination with microrheology, micropipette aspiration, and magnetic tweezers, I will unravel how the collective behavior of chromatin activities gives rise to the emergence of large-scale material properties of chromatin. This project will provide a physical description of the material state of chromatin across scales and contribute to reveal the basic physical principles that govern nuclear organization and function.
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
01069 Dresden
Niemcy