Mechanism of transcription and coupling to protein homeostasis in embryonic stem cells

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Description

Embryonale Stammzellen besitzen einzigartige Eigenschaften, die es ihnen ermöglichen sich unbegrenzt zu teilen und das volle Spektrum differenzierter Zellen im Organismus auszubilden. Von erheblichem medizinischen Potential ist die Möglichkeit somatische Zellen in embryonale Zellen umzuprogrammieren. Das Verständnis dieser besonderen Eigenschaften erfordert detaillierte Einsicht in die molekularen Prozesse der ES-Zellen. Besondere Bedeutung kommt hier der Kontrolle der Genregulation zu. Eine Reihe von Studien hat die Bedeutung definierter Aktivatoren wie von Oct4 für diese Eigenschaften unterstrichen. Im Verbund mit anderen Aktivatoren (wie Sox2, KLf4, c-Myc, TCF3) kann Oct4 Zellen zu ES-Zellen umprogrammieren und den Zustand der Pluripotenz dort aufrecht erhalten. Wenig erforscht ist die Steuerung der fundamentalen basalen Prozesse z.B. der Transkription oder der Prozessierung von RNA und Proteinen in ES Zellen. Diese ermöglicht im Verbund letztlich eine exakte Steuerung beispielsweise der Proteinkonzentration von Oct4. Was die Genkontrolle angeht gibt es erste Hinweise auf Umstellungen in grundlegenden Prozessen. So sind generelle Transkriptionsfaktoren aber auch Repressoren (wie Polycomb-Komplexe) in ES-Zellen hochreguliert. Das Chromatin trägt besondere Modifikationen in Stammzellen. Während sich interessante regulatorische Mechanismen herauszukristallisieren beginnen, gibt es kaum Erkenntnisse zu den Einflüssen denen basale Prozesse unterliegen. Hier wollen wir ansetzen und fragen, wie die Transkription im Allgemeinen bzw. am Oct4- und anderen Modellgenen im Besonderen abläuft. Als ein neues Instrument wollen wir ein funktionales in vitro System in ES-Zellen entwickeln. Es gibt Hinweise aus Studien in menschlichen Systemen, dass Transkription gekoppelt an die Proteindegradation abläuft. Mit diesem Thema hat sich Frau Jin beschäftigt. In unserem gemeinsamen Antrag wollen wir die Kopplung der Transkription an die Proteinprozessierung in ES-Zellen untersuchen. Neben in vitro Systemen werden Untersuchungen an Modellgenen und genetische Untersuchungen (shRNA, Gendeletionen in der Maus) zum Tragen kommen. Ein Schwerpunkt von der Seite der chinesischen Partner ist die E3-Ligase Wwp2 die Ubiquitin auf Oct4 und RNA-Polymerase II überträgt. Unsere Seite ist insbesondere an der Rolle der RNA-Polymerase II und der Cofaktoren der Transkription interessiert.