rDNA Chromatin und Transkription
Chromatin, das aus DNA und assoziierten Proteinen besteht, spielt eine zentrale Rolle bei der Regulierung des Zugangs von Proteinen zur DNA und beeinflusst essenzielle Prozesse wie Transkription, Replikation und DNA-Reparatur. Die Dynamik des Chromatins variiert dabei je nach funktionellem Zustand der genomischen Bereiche.
Als Modellsystem nutzen wir Saccharomyces cerevisiae (Hefe), da es sich durch einfache genetische Manipulation und biochemische Zugänglichkeit auszeichnet. Unser Fokus liegt auf zwei genomischen Loci: dem RNA-Polymerase-II-abhängigen PHO5-Gen und dem ribosomalen DNA (rDNA)-Locus, der Gene enthält, die von RNA-Polymerasen I und III transkribiert werden. Dadurch können wir vergleichende Analysen von Chromatin durchführen, das von den drei eukaryotischen RNA-Polymerasen transkribiert wird.
Besonderes Interesse gilt den ribosomalen RNA (rRNA)-Genen im rDNA-Locus. In S. cerevisiae befinden sich 150 bis 200 tandemartig wiederholte Transkriptionseinheiten auf dem rechten Arm des Chromosoms XII. Jede Einheit enthält das von RNA-Polymerase-I transkribierte 35S rRNA-Gen und das von RNA-Polymerase-III transkribierte 5S rRNA-Gen. In aktiv teilenden Hefezellen macht die rRNA-Synthese durch RNA-Polymerase I etwa 70% der gesamten Transkription aus.
Ein faszinierender Aspekt unserer Forschung ist die Existenz von zwei Populationen von 35S rRNA-Genen: aktiv transkribierte und transkriptionell inaktive Gene, die in unterschiedlichen Chromatinstrukturen vorliegen. Während aktiv transkribierte rRNA-Gene nahezu frei von Nukleosomen sind und stattdessen vom HMG-Box-Protein Hmo1 gebunden werden, ist die Aufrechterhaltung eines Anteils inaktiver 35S rRNA-Gene entscheidend für die genomische Stabilität unter bestimmten Bedingungen.
Unser übergeordnetes Ziel ist es, eine umfassende molekulare Beschreibung des Chromatins in verschiedenen Transkriptionszuständen zu entwickeln. Dazu analysieren wir Chromatinveränderungen während der Transkription und untersuchen die Mechanismen, die an der Etablierung, Aufrechterhaltung und Veränderung von Chromatin beteiligt sind.