3D-Genomorganisation unabhängig von der Genregulation in Drosophila

Micro-C zeigt, dass die Genomorganisation über verschiedene Zelltypen im Drosophila-Embryo hinweg gleich ist, sogar an Loci mit gewebespezifischer Genexpression und Chromatinstatus. © MPI für molekulare Biomedizin | L. Ing-Simmons & J. Vaquerizas.

Forschende des Max-Planck-Instituts für molekulare Biomedizin in Münster und der Gruppe Developmental and Regulatory Genomics am MRC London Institute of Medical Science konnten entgegen früherer Studien am Modellorganismus Drosophila melanogaster zeigen, dass die 3D-Organisation des Chromatins unabhängig von der Genregulation ist. Speziell wurde in diesem Projekt der Zusammenhang zwischen der gewebespezifischen Genexpression sowie –regulation und der 3D-Organisation des Chromatins untersucht.

Wie sehr die Genexpression durch die 3D-Genomstruktur bestimmt wird, ist bis heute noch nicht komplett verstanden. Frühere Studien legten nahe, dass die Organisation des Genoms eng mit der Regulation und Expression von Genen verbunden ist. 

Drosophila-Embryonen besitzen eine anterior-posteriore und dorsal-ventrale Achse. Die Ausbildung dieser Achsen wird durch Konzentrationsgradienten von Tanskriptionsfaktoren bestimmt. In der Studie wurde die dorsal-ventrale Achse untersucht. Die Ausbildung dieser Achse wird durch einen Konzentrationsgradienten des Transkriptionsfaktors Dorsal (DI) bestimmt. Um die Unterschiede der Chromatinstruktur entlang der Achse zu untersuchen, setzten die Forschenden drei Modelle mit Mutationen in dem Signalweg, der die Konzentration des DI steuert (hoch, mittel, niedrig), ein. Die Mutantenmodelle wurden von Mitarbeitern der Universität Stockholm, Schweden, zur Verfügung gestellt. Dementsprechend erwarteten die Forschenden in den Embryonen einheitliches Gewebe entlang der dorsal-ventralen Achse vorzufinden. Dies sollte dazu dienen, die Unterschiede der Chromatinorganisation zwischen den Geweben aufzuzeigen. 

In jedem Mutantenmodell wurden zunächst unterschiedliche Chromatinzustände nachgewiesen; überraschenderweise jedoch keine Unterschiede in der 3D-Chromatinorganisation zwischen den drei untersuchten Gewebetypen. Um dies zu verifizieren setzten die Forschenden in Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern der Princeton University, USA, erstmals die Micro-C-Technik in Drosophila ein, da diese Technik eine höhere Auflösung als Hi-C gewährleistet. Jedoch konnten auch durch den Einsatz dieser neuen Methode keine Unterschiede in der 3D-Genomorganisation zwischen den Mutantenmodellen nachgewiesen werden. 

Die fehlenden Unterschiede zwischen unterschiedlichen Geweben zeigen in diesem Zusammenhang, dass die Zellytyp-spezifische Genregulation nicht auf einer Zelltyp-spezifischen 3D-Chromatinorganisation beruht. Diese Ergebnisse unterstreichen die Rolle des 3D-Genoms als architektonisches Gerüst für die Genregulation und eine unterschiedliche Organisation von entwicklungsregulierten und Housekeeping-Genen im Drosophila-Genom.

 

Bild: Micro-C zeigt, dass die Genomorganisation über verschiedene Zelltypen im Drosophila-Embryo hinweg gleich ist, sogar an Loci mit gewebespezifischer Genexpression und Chromatinstatus. © MPI für molekulare Biomedizin | L. Ing-Simmons & J. Vaquerizas.