Anschlussprojekte | Sonderprojekte

Förderbeginn 01.01.2008

Screens für Zielgene von Herz-Transkriptionsfaktoren mit Hilfe neuentwickelter genomischer Technologien

Prof. Dr. Manfred Frasch
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
Lehrstuhl für Entwicklungsbiologie

Prof. Dr. Angela Stathopoulos
California Institute of Technology, Pasadena (CALTECH)
Division of Biology


Kardiogene Faktoren der NK Homeodomänen- und T-Box-Familien üben entscheidende Funktionen während der Herzentwicklung aus und sind auch bei erblichen Herzkrankheiten betroffen. Diese Faktoren sind evolutionär von Drosophila bis zum Menschen konserviert. Das kollaborative Projekt hat zum Ziel, die Vorteile des genetischen Modellorganismus Drosophila dafür zu nutzen, mit Hilfe genomweiter Screens Zielgene der wichtigsten Vertreter dieser Familien von Transkriptionsfaktoren zu identifizieren. Dafür ist geplant, Chromatin-Immunpräzipitationen aus Embryonen in verschiedenen Stadien der Herzentwicklung durchzuführen. Die präzipitierten DNA-Fragmente werden auf genomischen Microarrays getestet, um potentielle genomische Zielsequenzen für diese Faktoren zu bestimmen. Die bioinformatische und funktionelle Charakterisierung dieser Zielsequenzen und der entsprechenden Zielgene wird zu einem besseren Verständnis der Regulation der Herzentwicklung beitragen.

Abschlussbericht
Das Homeodomänen-Protein Tinman von Drosophila war der erste Transkriptionsfaktor überhaupt, von dem gezeigt werden konnte, dass er die Bildung und Differenzierung des Herzens reguliert. Im diesem Projekt gingen wir die Frage an, welche Zielgene von Tinman es gibt, die für die Ausübung seiner kardiogenen Funktionen verantwortlich sind. Dazu führten wir eine genomweite Analyse der DNA-Abschnitte sowie der flankierenden Gene durch, welche in Embryonen mit dem Tinman Protein assoziiert sind. Diese wurden durch Chromatin-Immunopräzipitationen erhalten und auf genomweiten Microarrays analysiert (ChIP-chip) (Jin et al., 2013). Die detaillierte Analyse der Aktivität von Tinman-gebundenen Sequenzelementen ließ folgende Schlussfolgerungen zu: (1) Die Mehrheit solcher Sequenzen sind als regulatorische Elemente (Enhancer) in mesodermalen Zellen aktiv, die Tinman exprimieren. (2) Enhancer, die in Herzvorläufer- und Herzzellen aktiv sind benötigen hierzu zumeist die Aktivität des tinman Gens, während das Tinman Protein an solche Enhancer, die in anderen mesodermalen Bereichen exprimiert sind, meist funktionslos gebunden ist. (3) In den meisten Fällen sind die Tinman-Bindungsmotive essentiell die Herzaktivität der entsprechenden Enhancer, aber in manchen Fällen sind sie funktionell redundant mit Motiven von kardiogenen Faktoren anderer Transkriptionsfaktor-Familien. (4) Die Tinman-assoziierten Herz-Enhancer enthalten bevorzugt ein neu entdecktes Sequenzmotiv, an welches ein bisher unbekannter Faktor binden muss, um die normale Enhancer-Funktion in vivo zu gewährleisten.

Jin, H., Stojnic, R., Adryan, B., Ozdemir, A., Stathopoulos, A., Frasch, M., 2013. Genome-wide screens for in vivo Tinman binding sites identify cardiac enhancers with diverse functional architectures. PLoS Genet. 9, e1003195.