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Dissecting the regulatory logic of poised enhancers

Description du projet

Le rôle des amplificateurs dans le contrôle de la précision transcriptionnelle durant le développement

Malgré la nature stochastique de la transcription, l’expression génétique durant l’embryogenèse est mise en œuvre avec une grande précision spatio-temporelle. Les scientifiques du projet PoisedLogic, financé par l’UE, travaillent sous l’hypothèse qu’un ensemble d’éléments cis-régulateurs conservés connus sous le nom d’amplificateurs équilibrés (PE pour «poised enhancers») sont essentiels pour atteindre la précision transcriptionnelle, notamment durant l’établissement de l’identité neurale antérieure. Les PE présentent une composition génétique unique: outre des clusters de sites de liaison de facteurs de transcription, ils contiennent également des îlots CpG. Ces îlots CpG sont susceptibles de conférer aux PE des caractéristiques chromatiques, topologiques et régulatrices permettant l’induction précise des gènes cibles de PE. Pour tester ces hypothèses, les scientifiques utiliseront des cellules souches embryonnaires en tant que système modèle pour disséquer la contribution des différents éléments des PE à la mise en œuvre de programmes d’expression génétique lors de l’embryogenèse des vertébrés.

Objectif

The mechanisms that, despite the noisy and stochastic nature of transcription, enable the specific, precise and robust deployment of developmental gene expression programs are poorly understood. We previously identified Poised Enhancers (PEs) as a conserved set of cis-regulatory elements essential for the induction of major anterior neural genes upon ESC differentiation. Importantly, before becoming active in anterior neural progenitors, PEs are already bookmarked in embryonic stem cells (ESC) with unique chromatin and topological features, including binding by polycomb-group protein complexes (PcG) and pre-formed contacts with their target genes. Here I hypothesize that the competence of pluripotent cells to faithfully execute an anterior neural gene expression program is genetically encoded and dependent on the unique modular composition of PEs, consisting of a cluster of highly conserved transcription factor binding sites (TFBS) and a nearby CpG island (CGI). This modular composition might endow PEs with privileged regulatory properties, whereby the TFBS confer cis-activation capacity, while the CGI bestow permissive chromatin and topological features that boost the PEs regulatory activity and increase transcriptional precision. Furthermore, I hypothesize that, together with architectural proteins, this modular composition dictates the specificity, compatibility and responsiveness between PEs and their target genes. Using ESC as a tractable system and genomic, single-cell/single-allele and genetic engineering methods, we will systematically dissect the contribution of each PE module (i.e. TFBS, CGI) and of different epigenetic (e.g. PcG, DNA methylation) and architectural factors (e.g. Cohesin, CTCF) to the regulatory logic of PEs. By systematically dissecting PEs, our work will illuminate novel and general mechanisms whereby enhancer pre-marking facilitates the precise and specific establishment of gene expression programs during vertebrate embryogenesis.

Champ scientifique (EuroSciVoc)

Mots‑clés

Programme(s)

Thème(s)

Régime de financement

ERC-COG - Consolidator Grant

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Appel à propositions

(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) ERC-2019-COG

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Institution d’accueil

UNIVERSIDAD DE CANTABRIA
Contribution nette de l'UE
€ 1 199 567,25
Adresse
AVENIDA DE LOS CASTROS SN
39005 SANTANDER
Espagne
Région
Noroeste Cantabria Cantabria
Type d’activité
Higher or Secondary Education Establishments
Liens
Coût total
€ 1 997 662,00

Bénéficiaires (2)