Projektbeschreibung
Ein genauerer Blick auf die Evolution und Komplexität des Chromatins
Chromatin ist ein Komplex aus DNS, RNS und Proteinen, aus dem Chromosomen gebildet werden. Es spielt eine wichtige Rolle bei der Regulierung der Genexpression sowie der Replikation und Reparatur von DNS. Bei Eukaryonten ist das Chromatin in sich wiederholenden Einheiten, den Nukleosomen, organisiert, die aus um Histonproteine gewickelter DNS bestehen. Das eukaryotische Chromatin entwickelte sich aus einer einfacheren Form des Chromatins, das in einem prokaryotischen Vorfahren vorkam. Das vom Europäischen Forschungsrat finanzierte Projekt 3DchromArchaea wird die Ursprünge der Chromatinkomplexität in Eukaryonten erhellen. Es wird die 3D-Organisation des Chromatins in Archaeen untersuchen, die prokaryotisch sind, aber ebenfalls Histone zur Organisation ihrer Genome verwenden. 3DchromArchaea wird modernste Kryo-Elektronenmikroskopie einsetzen, um die Struktur des Chromatins in ausgewählten Archaeen-Systemen in situ und in vitro unter die Lupe zu nehmen.
Ziel
This proposal brings together the field of chromatin evolution and state-of-the-art structural biology to advance our understanding of a fundamental question: origin of chromatin structural and regulatory complexity.
Eukaryotes and most groups of archaea organize their genomes in the form of histone-based chromatin. Conservation of histones across the tree of life goes beyond protein sequence and histone fold. Tertiary arrangement of histones and DNA geometry in archaeal nucleosomes resemble those in eukaryotes; however, archaea can form special hypernucleosomes and “slinky”-like arrangements. Similarly to eukaryotes, some archaea have multiple histone variants and extended histone tails, although it is unclear whether their structural and regulatory roles are conserved. Eukaryotes inherited histone-based chromatin from archaea, however, the origins of eukaryotic chromatin complexity are enigmatic.
Therefore, this proposal will address the 3D organization of chromatin in archaea to advance the understanding of chromatin evolution. We will test the following hypotheses: archaeal chromatin along with hypernucleosomes contains multiple open structures to maintain DNA accessibility and allow polymerase passage; histone variant exchange and histone tails in archaea play an important role in chromatin compaction similarly to eukaryotes. To test our hypotheses, we will synergistically apply state-of-the-art cryo-electron microscopy (cryo-EM) in situ and in vitro to selected archaeal systems. In situ cryo-EM will provide structural information about chromatin in native context, while cryo-EM of in vitro reconstituted chromatin will provide high-resolution structural information. Structural analysis complemented with biochemical, biophysical characterization and nucleosome positioning data will provide insights into 3D chromatin architecture in archaea in the context of eukaryotic chromatin evolution.
Wissenschaftliches Gebiet
Programm/Programme
- HORIZON.1.1 - European Research Council (ERC) Main Programme
Thema/Themen
Finanzierungsplan
ERC - Support for frontier research (ERC)Gastgebende Einrichtung
69117 Heidelberg
Deutschland