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Investigating the functional roles of histone acylation co-occurrence on transcription in single-cells

Description du projet

Signaux métaboliques et régulation génétique

Les gènes sont activés ou désactivés par des marqueurs chimiques sur des protéines appelées histones, qui sont étroitement enroulées autour de l’ADN. Selon des recherches récentes, l’activité métabolique de la cellule produit directement deux types d’étiquettes: la butyrylation et la propionylation. On ignore toutefois encore comment celles-ci interagissent au sein des cellules individuelles pour réguler l’activité génique. Avec le soutien du programme Actions Marie Skłodowska-Curie, le projet Acyl-STEP-seq produira la première carte complète de ces marqueurs chimiques dans les cellules individuelles, révélant comment ils régulent collectivement l’expression génétique. Les résultats du projet jetteront une lumière nouvelle sur la manière dont la régulation des gènes dans la santé et la maladie est directement influencée par le métabolisme de l’organisme.

Objectif

Regulation of transcription is orchestrated by a complex combination of histone posttranslational modifications (PTMs), but how their co-occurrence in the same cell regulate gene expression is still poorly understood. Recently, novel histone acylations have been identified, namely propionylation (pr) and butyrylation (bu). They co-exist with acetylation (ac), arise from cellular metabolism, and are key candidates to fine-tune chromatin activity and transcription. This project will answer fundamental questions on the role of acylations in gene regulation and their co-occurrence in single cells, and provide novel insights into metabolic disorders (propionic acidemia; PA), where histone acylations are altered.
Through this project, I will generate the first genome-wide histone acylation map in single cells, functionally link their co-occurrence with gene expression, and establish the impact of a metabolic disease on histone acylations and transcription. Our preliminary data showed that histone H4K16ac/pr/bu play key roles in chromatin activity and could thus regulate transcription, and are impaired in livers of a PA mouse model. I hypothesize that acylations co-occurrence will regulate transcription, and altered propionyl-CoA metabolism in PA will impact H4K16 acylations, and consequently transcription.
To achieve this, I will develop an experimental and computational framework for single-cell Simultaneous Transcriptome and Epigenome Profiling (sc-STEP-seq). With this approach, I will map H4K16ac/pr/bu and the transcriptome in single-cells, and integrate epigenomic and transcriptomic changes, in liver samples from PA mice. This interdisciplinary project will address a fundamental question in epigenetics: the functional relevance of histone PTMs regulated by metabolic state in single cells, advance the technology for single-cell multimodal epigenomic profiling, and provide for the first-time molecular understanding of histone acylations in a clinically relevant model.

Champ scientifique (EuroSciVoc)

Mots‑clés

Programme(s)

Thème(s)

Régime de financement

HORIZON-TMA-MSCA-PF-EF - HORIZON TMA MSCA Postdoctoral Fellowships - European Fellowships

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Appel à propositions

(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) HORIZON-MSCA-2023-PF-01

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Coordinateur

HELMHOLTZ ZENTRUM MUENCHEN DEUTSCHES FORSCHUNGSZENTRUM FUER GESUNDHEIT UND UMWELT GMBH
Contribution nette de l'UE
€ 173 847,36
Coût total
Aucune donnée