Descrizione del progetto
Il ruolo dei potenziatori nel controllo della precisione trascrizionale durante lo sviluppo
Nonostante la natura stocastica della trascrizione, durante l’embriogenesi l’espressione genica viene implementata con grande precisione spazio-temporale. Gli scienziati del progetto PoisedLogic, finanziato dall’UE, stanno lavorando all’ipotesi secondo cui una serie di elementi cis-regolatori conservati noti come potenziatori in bilico (PE, Poised Enhancer) siano essenziali per ottenere la precisione trascrizionale, in particolare durante la creazione dell’identità neurale anteriore. I PE mostrano una composizione genetica unica poiché, oltre ai gruppi di siti di legame del fattore di trascrizione, contengono anche isole CpG. Queste isole CpG potrebbero conferire al PE una cromatina privilegiata e caratteristiche topologiche e regolatorie che consentono l’induzione precisa dei geni bersaglio del PE. Per testare queste ipotesi, gli scienziati utilizzeranno cellule staminali embrionali come sistema modello per analizzare il contributo dei diversi elementi PE nella creazione di programmi di espressione genica durante l’embriogenesi dei vertebrati.
Obiettivo
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.
Campo scientifico
- medical and health sciencesmedical biotechnologygenetic engineering
- natural sciencesbiological sciencesbiochemistrybiomoleculesproteins
- natural sciencesbiological sciencesdevelopmental biology
- medical and health sciencesmedical biotechnologycells technologiesstem cells
- natural sciencesbiological sciencesgeneticsepigenetics
Parole chiave
Programma(i)
Argomento(i)
Meccanismo di finanziamento
ERC-COG - Consolidator GrantIstituzione ospitante
39005 Santander
Spagna