Förderprojekte

Förderbeginn 01.01.2015

Molekulare Mechanismen der Evolution von genetischen Regulationskreisen

Dr. J. Christian Pérez
Universität Würzburg
Institut für Molekulare Infektionsbiologie

Prof. Dr. Polly Fordyce
Stanford University
School of Medicine - Dept. of Genetics

Die Fähigkeit zur Kontrolle der Genexpression ist für die meisten Zellen essentiell, um einwandfrei funktionieren zu können. Im Mittelpunkt dieser Regulation stehen Sequenz-spezifische DNA Bindeproteine. Wir, sowie andere Arbeitsgruppen, haben gezeigt, dass bereits geringfügige Änderungen in der Bindungsspezifität dieser Proteine ber einen evolutionären Zeitverlauf in vielen Organismen zur Ausbildung neuer Fähigkeiten führen kann. Diese Erkenntnis wirft jedoch grundlegende Fragen über den Mechanismus auf, der das ermöglicht: Welcher Art der Modifikation müssen sich diese Proteine unterziehen und wie wirken sich diese Änderungen auf den komplexen Regulationsnetzwerk in einem Organismus aus? In Zusammenarbeit mit der Arbeitsgruppe von Dr. Fordyce an der Stanford Universität, wollen wir ein vollständiges Profil von DNA-Sequenzen ermitteln, das von einer Familie von Transkriptionsfaktoren der Hefe erkannt wird - zusammen mit ihrer Spezifität und Bindungsaffinität. Diese Information wird uns ermöglichen, Rückschlüsse auf die logische Abfolge von Prozessen zu ziehen, die zur Divergenz dieser Proteinfamilie und zum Erwerb neuer Funktionen in den Organismen führten.

Abschlussbericht
Durch die BaCaTeC-Förderung konnten sich ergänzenden Expertisen von beiden Kooperationspartnern in Würzburg (Dr. Pérez Labor) und Stanford (Dr. Fordyce Labor) zusammengebracht werden, um im gemeinsamen Projekt die evolutionären Änderungen von Sequenz-spezifischen DNA Bindeproteinen und ihren Einfluss auf die Entstehung neuer biologischer Funktionalität zu untersuchen. In einer Art Fallstudie fokussierten wir uns auf die Charakterisierung einer Familie von Hefeproteinen, die einigen Pilzen entscheidend bei der Besiedlung des humanen Körpers helfen. In Stanford konnten wir den auf Mikrofluidik-basierenden Ansatz anwenden, der durch Dr. Fordyce entwickelt wurde, um systematisch die von Proteinen bevorzugte DNA-Sequenz zu messen. Sowohl Dr. Pérez wie auch seine Doktorandin reisten zu unterschiedlichen Gelegenheiten nach Stanford, um selbst die Analysen durchzuführen und diese Technik zu erlernen. Zurück in Würzburg konnten dann gezielte DNA-Protein Messungen sowie weiterführende in vivo Analysen durchgeführt werden, um die Ergebnisse aus Standford zu validieren und den gesammelten Datensatz zu erweitern. Ergebnisse dieses Projektes wurden im Oktober 2016 auf der Internationalen EMBO Konferenz “Experimental Approaches to Evolution and Ecology using Yeast and Other Model Systems” in Heidelberg präsentiert. Ein gemeinsames wissenschaftliches Manuskript wird gerade erstellt und wird voraussichtlich in den kommenden Monaten zur Publikation eingereicht.