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Mikroskopische Vermessung des Genoms während der Stammzelldifferenzierung

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Antragsteller

Dr. Hartmann Harz

Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU)
Department Biologie II
Arbeitsgruppe Humanbiologie und Bioimaging 

http://www.calm.bio.lmu.de/

Professor Dr. Heinrich Leonhardt

Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU)
Department Biologie II
Arbeitsgruppe Humanbiologie und Bioimaging 

http://www.calm.bio.lmu.de/

Zusammenfassung

Die Etablierung, Aufrechterhaltung und Veränderung von zellulären Identitäten während der Entwicklung und Differenzierung wird durch komplexe Signalwege gesteuert, die Wechselwirkungen zwischen zellulären Faktoren und epigenetischen Modifikationen umfassen. Es gibt zunehmend Hinweise darauf, dass neben den gut untersuchten DNA- und Histonmodifikationen auch die räumliche Genomarchitektur zum gesamten epigenetischen Informationsgehalt beitragen kann, der die Identität und das Potenzial einzelner Zellen definiert. Wir wollen nun systematisch Veränderungen in der Genom-Organisation während der frühen Entwicklung untersuchen, bei denen Veränderungen in der genomweiten Transkription von spezifischen epigenetischen Veränderungen begleitet werden. Mit definierten Stammzellkultursystemen wollen wir die definierten Schritte von der naiven Pluripotenz zur geprimten Pluripotenz und der anschließenden zellulären Differenzierung rekapitulieren. Wir werden uns auf die Genom-Organisation des NanogPluripotenz-Genclusters konzentrieren und Änderungen der lokalen Chromatinkondensation sowie Wechselwirkungen zwischen regulatorischen Elementen (Enhancer und Promotoren) während der Stammzelldifferenzierung mittels Fluoreszenz in situ Hybridisierungen, Lebendzellmessungen und Super-Resolution-Mikroskopie messen. Dieser mikroskopische Ansatz erreicht nicht die molekulare Auflösung von Konformationserfassungsverfahren (wie z. B. HiC), liefert aber physikalische Abstände und Einzelzellauflösung. Darüber hinaus ermöglicht die automatisierte Hochdurchsatz-Mikroskopie die Identifizierung seltener Zellpopulationen sowie Korrelationen mit morphologischen Merkmalen und physiologischen Zuständen. Wir werden spezifische Mutationen einführen, um die Rolle von cis-aktiven DNA-Sequenzelementen bei der Regulation der Aktivität und räumlichen Organisation des Nanog-PluripotenzGenclusters zu untersuchen. Parallel werden trans-agierende epigenetische Faktoren (DNMTs, TETs und HMT) und ihre Rolle in der lokalen Genomkondensation, Faltung und Aktivität untersucht. Unsere Studie sollte andere methodische Ansätze dieses Schwerpunktprogramms ergänzen und dazu beitragen, die Rolle und Regulation der räumlichen Genomarchitektur während der frühen Entwicklung und Zelldifferenzierung aufzuklären.