FWF - NANTES - Funktionelle Analyse transponierbarer Elemente

Das Verständnis der Dynamik der Genexpression ist eine große Herausforderung in der Biologie und zentral für das Verständnis der menschlichen Evolution und der Entwicklung und Progression von Krankheiten. Die Genexpression wird primär auf der Transkriptionsebene durch Transkriptionsfaktoraktivität und Veränderungen in der Chromatin-Struktur kontrolliert. Die Chromatin-Struktur wird durch Histonmodifikationen und DNA-Methylierungen bestimmt, die gemeinsam als epigenetische Markierungen bezeichnet werden. Große internationale Anstrengungen wie die ENCODE und FANTOM Projekte generieren eine Fülle transkriptomischer und epigenetischer Daten, die es uns ermöglichen sollen, die Mechanismen, die Gesundheit und Krankheit zugrunde liegen, zu erhellen. Die Analyse dieser Daten ist jedoch nicht trivial. Insbesondere stellen repetitive Regionen im Genom eine Herausforderung für aktuelle bioinformatische Werkzeuge dar. Es wird geschätzt, dass etwa zwei Drittel des menschlichen Genoms aus repetitiven Sequenzen oder sich von ihnen ableitenden, bestehen. Einen großen Anteil dieser Sequenzen bilden die transponierbaren Elemente (TE). Die Proliferation von TE hatte diverse Auswirkungen auf das Genom der Säugetiere. Ihre regulatorische Rolle wurde bereits in der Mitte des 19.Jhds erkannt. Trotzdem wurden TE lange als "Junk-DNA" angesehen, und erst jetzt wird ihr Beitrag zur Transkriptionsregulation, zum Beispiel durch die Vermehrung von Bindungsstellen für Transkriptionsfaktoren, untersucht. Weil sie sich in der Regel an mehrere genomische Regionen alignieren und ihre Interpretation mehrdeutig ist, schließen Next-Generation Sequencing Pipelines meistens Reads aus, die sich an TE alignieren. Ziel dieses Projektes ist die Entwicklung von Tools zur Unterstützung der genomweiten Charakterisierung von Sequenzen mit Transposons als Ursprung. Konkret schlagen wir vor, das epigenetische Profil von Transposon-Gruppen und Untergruppen, die auf Grundlage von Sequenz-Ähnlichkeiten und strukturellen Beziehungen definiert sind, anstelle einzelner TE-Kopien zu analysieren. Hierfür haben wir eine Strategie zur Quantifizierung der Alignierung von ChIP-seq (Chromatin-Immunpräzipitation gefolgt von Sequenzierung), DNase-seq (DNase l hypersensitive Sites Sequenzierung) und WGBS (Voll-Genom-Bisulfit-Sequenzierung) Reads an Cluster von TE Kopien mit ununterscheidbaren Sequenzen entwickelt. Auf dieser Grundlage werden wir i) das epigenetische Profil der humanen und murinen Gruppen und Untergruppen von Transposons in verschiedenen Geweben und Zelllinien charakterisieren und diejenigen mit genregulatorischer Funktion identifizieren; ii) die Korrelationen zwischen genetischen und epigenetischen Variationen untersuchen; und iii) den Beitrag der TE assoziierten epigenetischen Dysregulation zu menschlichen Krankheiten abschätzen. Letztlich zielen wir darauf ab, das Repertoire von Genregulationsfunktionen, die während der Säugetierevolution von TE neu-verknüpft worden sind, aufzudecken.