Opis projektu
Korelacja struktury i funkcji przestrzennej chromosomu
Struktura przestrzenna genomu ma zasadnicze znaczenie dla jego funkcji biologicznej. Celem finansowanego ze środków UE projektu LoopingDNA jest zbadanie elementarnej korelacji struktury i funkcji chromosomów przy użyciu metod biofizycznych. Badania koncentrować się będą wokół kompleksów białek utrzymujących strukturę chromatyd (ang. structural maintenance of chromosomes, SMC). SMC to białka w kształcie pierścienia tworzące duże pętle DNA uważane za podstawę struktury chromosomu. Doświadczenia naukowe pomogą w znalezieniu odpowiedzi na wciąż aktualne pytania na temat tego, w jaki sposób białka SMC oddziałują z naturalnymi włóknami chromatyny upakowanymi z pomocą białek przyłączających się do DNA i regulują ekspresję genów. Badacze podejmą nawet próbę zbudowania chromosomu od postaw, stosując podejście zwane „genome-in-a-box” polegające na dodaniu do nagiego DNA kompleksów białek SMC oraz innych białek przetwarzających DNA. To wyjątkowe oddolne podejście może dostarczyć całkowicie nowych informacji na temat sił fizycznych i systemów białkowych kształtujących chromosomy.
Cel
How is DNA spatially organized in our cells? What are the mechanisms that shape chromosomes and how does their 3D architecture direct their function? Recent years have shown that the spatial structure of the genome is of pivotal importance for its biological function. Yet, the basic physics of the formation and regulation of its 3D structure has remained unclear. This proposal aims to understand the fundamental structure of chromosomes using a bottom up biophysics approach, from looping at the single-molecule level to higher levels of complexity. We focus on so-called SMC protein complexes (SMC = Structural Maintenance of Chromosomes). These ring-shaped proteins are a unique new type of molecular motors that can extrude large loops of DNA that are thought to be the basis of chromosome structure. Our group’s recent breakthrough discovery of the looping motor function of condensin SMC paved the way to now answer major open questions, such as the motor mechanism of SMCs; how SMCs handle realistic chromosomal fibers loaded with DNA-binding proteins; how looping relates to gene expression; and whether it is evolutionary conserved from bacteria to man. By answering these questions using single-molecule assays, we will resolve the basic mechanics of the SMC-induced looping of DNA. We will extend this to even build a chromosome from the bottom up, in a ‘genome-in-a-box’ approach where we will take genome-length bare DNA and add SMC protein complexes and other DNA-processing proteins. Such a well-controlled bottom-up approach – which to our knowledge is unique – can be expected to generate a radically new understanding of the physical forces and protein systems that shape chromosomes. We are confident that our powerful single-molecule biophysics tools, in collaboration with working with the world’s best biochemists, will enable to disentangle the fundamental looping architecture of chromosomes that is so essential to all of life.
Dziedzina nauki
Program(-y)
Temat(-y)
System finansowania
ERC-ADG - Advanced GrantInstytucja przyjmująca
2628 CN Delft
Niderlandy