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Den fundamentalen Prozeß der Regulation der Genexpression zu verstehen, konstituiert eine der wichtigsten biologischen Herausforderungen. Der Träger der Erbsubstanz, die DNS, liegt im Kern eukaryotischer Zellen als eine komplexe Struktur aus Nukleinsäuren und Proteinen vor, welche als Chromatin bezeichnet wird. Zusammensetzung und räumliche Anordnung von Chromatinkomponenten ändern sich mit der Genaktivität. Es ist von besonderem wissenschaftlichem Interesse Einblick in die zugrundeliegenden Mechanismen zu gewinnen.
Letztlich werden es nur Untersuchungen an hochreinem, natürlichem Chromatin ermöglichen Gentranskription im molekularen Detail zu verstehen. Im Laufe der letzten Jahre ist es uns gelungen einen methodischen Ansatz zu entwickeln, der es erlaubt spezifische Chromatinsegmente von natürlichen chromosomalen Loci aus Bäckerhefe zu isolieren. Derart aufgereinigtes Chromatin ist in seinen strukturellen Eigenschaften von denen des endogenen Loci kaum zu unterscheiden [1-4]. Künftige Forschungsbemühungen haben zwei Hauptzielrichtungen:
(i) Ermittlung von Zusammensetzung und Struktur natürlichen Chromatins in verschiedenen funktionellen Zuständen mit Hilfe von Elektronenmikroskopie und Massenspektrometrie.
(ii) Rekonstitution spezifischer Chromatinübergänge während der Genaktivierung mit isolierten chromosomalen Segmenten und gereinigten Proteinfaktoren, in vitro.
Literatur:
1. Boeger, H., Griesenbeck, J., Strattan, J. S., and Kornberg, R. D. (2003). Nucleosomes unfold completely at a transcriptionally active promoter. Mol Cell 11, 1587-1598.
2. Boeger, H., Griesenbeck, J., Strattan, J. S., and Kornberg, R. D. (2004). Removal of Promoter Nucleosomes by Disassembly Rather Than Sliding In Vivo. Mol Cell, in press.
3. Griesenbeck, J., Boeger, H., Strattan, J. S., and Kornberg, R. D. (2003). Affinity purification of specific chromatin segments from chromosomal Loci in yeast. Mol Cell Biol 23, 9275-9282.
4. Griesenbeck, J., Boeger, H., Strattan, J. S., and Kornberg, R. D. (2003). Purification of Defined Chromosomal Domains. Methods Enzymol 375, 170-178.
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Abschlussbericht:
Im Zuge unserer Bemühungen Mechanismen der Genregulierung zu verstehen, haben wir die Untersuchungen zur Trankriptionsaktivierung am PHO5 Lokus in S. cerevisiae fortgeführt. Das PHO5 Gen kodiert für eine azide Phosphatase, deren Expression strikten Kontrollmechanismen unterliegt. In vorangegangenen Studien konnten wir zeigen, dass transkriptionsabhängige Chromatinübergänge in der Kontrollregion des PHO5 Genes, dem Promoter, mit dem Verlust von Nukleosomen (den Hauptchromatinkomponenten) einhergehen [1]. Wir waren ausserdem in der Lage für den Nukleosomenverlust einen Disassemblierungsmechanismus nachzuweisen [2]. Im Laufe der letzten 15 Monate haben wir an der weiteren Charakterisierung des Aktivierungsprozeß gearbeitet.
Die finanzielle Förderung durch BaCaTeC ermöglichte drei Besuche von Dr. Griesenbeck an der Stanford Universität (im Februar und Juni 2005, sowie im März 2006). Im Gegenzug besuchte Dr. Boeger im Juni 2005 und 2006 die Universität in Regensburg. Die Forschungsaufenthalte dienten - neben dem wissenschaftlichen Austausch - der Durchführung von Experimenten, die uns zu neuen Erkenntnissen ueber Mechanismus und funktionelle Bedeutung des Chromatin Remodeling gefuehrt haben [3]. Die Implikationen des von uns im weiteren entwickelten mathematischen Modells zur Beschreibung des Chromatinueberganges sollen zukuenftig experimentell überprüft werden.
Im Frühjahr 2006 erhielt Dr. Boeger einen Ruf als Assistent Professor fuer Molekulare Zell- und Entwicklungsbiologie an die Universität von Santa Cruz in Kalifornien, wo er gegenwärtig seine unabhängige Forschergruppe aufbaut. Es ist angestrebt, die gute Zusammenarbeit zwischen den Gruppen von Professor Kornberg in Stanford, Professor Boeger in Santa Cruz und Dr. Griesenbeck in Regensburg weiter fortzusetzen. Die Förderung durch BaCaTeC hat hierzu einen wesentlichen Beitrag geleistet.
[1] Boeger, H., Griesenbeck, J., Strattan, J. S., and Kornberg, R. D. (2003). Nucleosomes unfold completely at a transcriptionally active promoter. Mol Cell 11, 1587-1598.
[2] Boeger, H., Griesenbeck, J., Strattan, J. S., and Kornberg, R. D. (2004). Removal of promoter nucleosomes by disassembly rather than sliding in vivo. Mol Cell 14, 667-673.
[3] Boeger, H., Griesenbeck, J., Kornberg, R. D. (2006). Conservation of a single nucleosome, and the dynamics of transcriptional activation (submitted).
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