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Forschungsprojekt aus §26 oder §27 Mitteln
Laufzeit : 2017-08-01 - 2020-07-31

Even though mankind highly depends on plant derived products, our insight into plant specific growth mechanisms is scarce. The plant vacuoles as well as the cell wall are key regulatory factors that jointly control cellular expansion. The process of cell elongation requires both the loosening of cell wall properties and increase in vacuolar volume in a well-orchestrated manner (Löfke et al., eLife 2015; Dünser and Kleine-Vehn, COPB 2015; Scheuring et al., PNAS 2016). However, a growth integrating mechanism, possibly coordinating molecular events in the cell wall and the vacuole, remain currently unknown. Here, we propose that changes in cell wall mechanics integrate vacuolar morphology. We intend to isolate likely cell wall sensors, required to integrate mechanical cues with vacuolar occupancy of the cell. The results of this PhD project might help to elucidate cellular growth control mechanisms contributing to overall plant growth and development.
Forschungsprojekt aus §26 oder §27 Mitteln
Laufzeit : 2017-05-20 - 2020-05-19

Alternatives Spleißen erlaubt die Entstehung von mehr als einem Protein aus einem Gen. In den meisten Genen werden Protein-kodierende Sequenzen (Exons) von sogenannten Introns unterbrochen, welche vor der Weiterverarbeitung entfernt werden müssen. Durch alternatives Spleißen können Exons verlängert, gekürzt oder gänzlich ausgeschnitten werden und damit zur Produktion von veränderten Proteinen führen. Strenge Kontrolle dieses Prozesses ist von höchster Relevanz für die Zelle. In zahlreichen Studien wurde abnormales alternatives Spleißen in Verbindung mit krankhaften Prozessen, inklusive Krebserkrankungen, gesetzt. Das gänzliche Ausschneiden eines Exons ist das häufigste Ereignis in humanen Zellen. Dementsprechend fokussierten bisherige Studien auf diese Art des alternativen Spleißens. Kürzlich wurde von uns eine neue, atypische Form des alternativen Spleißens, Exitron (Exonic Intron) Spleißen, entdeckt und beschrieben. Exitrons sind interne Regionen von Protein-kodierenden Exons und besitzen Exon- und Intron-typische Eigenschaften. Interessanterweise konnte Exitron Spleißen in einer Vielzahl von wichtigen humanen Genen beobachtet werden, einschließlich solcher mit bekannten Funktionen in Krebserkrankungen. Im Besonderen konnten wir Exitron Spleißen Ereignisse in Brustkrebs nachweisen. Diese Ergebnisse legen eine bisher übersehene Rolle von Exitron Spleißen in krankhaften Prozessen nahe. Ziel dieses Projektantrags ist es, erstmalig den Zusammenhang zwischen Exitron Spleißen und verschiedenen Krebserkrankungen systematisch zu untersuchen. Dazu werden wir mithilfe von Computeranalysen öffentliche Datensätze von Krebs-Patienten auswerten um abnormal gespleißte Exitrons zu identifizieren, und diese anschließend in Krebs-Zelllinien validieren. Des Weiteren werden wir in Computer-basierten und experimentellen Versuchen regulatorische Elemente und Spleißing-Faktoren untersuchen die im Exitron Spleißen eine Rolle spielen können. Zusammengefasst, erwarten wir von diesem Projekt eine Vertiefung unseres Wissenstands über die Mechanismen von alternativem Spleißen, was zur künftigen Entwicklung von Biomarkern und therapeutischen Targets in Krebserkrankungen wesentlich beitragen wird.
Forschungsprojekt aus §26 oder §27 Mitteln
Laufzeit : 2017-02-01 - 2019-01-31

Bei Wirt-Pathogen-Interaktionen, wie z. B. der Interaktion einer Pflanze und einem Pilz, haben beide Teilnehmer effiziente Strategien entwickelt, um entweder den Wirt zu besiedeln (Pilz) oder den Pathogen abzuwehren (Pflanze). Wichtige Voraussetzung hierfür ist eine schnelle Anpassung an die wechselnden Umweltbedingungen, z.B. durch die Aktivierung Virulenz-/Resistenz-assoziierter Gene. Die Genaktivität wird unter anderem reguliert durch epigenetische Mechanismen, wie z.B die posttranskriptionelle Modifikation von Histonen (HPTM). Abhängig von der jeweiligen HPTM werden die darunterliegenden Gene an- oder ausgeschaltet. HPTMs stellen somit eine effiziente Möglichkeit dar, schnell auf neue Umweltreize zu reagieren. Das vorgeschlagene Forschungsprojekt mit dem Titel „Epigenetischer Ansatz zur Entdeckung neuer Virulenzfaktoren“ macht sich diese Tatsache zu Nutze. Durch den Vergleich von Pilzmutanten mit einem veränderten HPTM Profil und zugleich einer veränderten Virulenz, sollen neue Virulenzfaktoren identifiziert werden. Für diesen Ansatz wird die noch wenig erforschte Interaktion zwischen dem Pathogen Fusarium fujikuroi und seiner Wirtspflanze Reis (Oryza sativa L.) als Modelsystem herangezogen. F. fujikuroi ist verantwortlich für die bakanae Krankheit („Krankheit der verrückten Keimlinge“) und verursacht so regelmäßig hohe Ernteverluste. Symptome der bakanae Krankheit sind bleiche, spindeldürre und stark elongierte Internodien der Reispflanzen, bedingt durch die Produktion von den Pflanzenhormonen, den Gibberellinen. Diese stellen Virulenzfaktoren dar, welche während der Infektion vom Pilz sekretiert werden und so den Hormonhaushalt der Pflanze durcheinander bringen. Neben den Gibberellinen verfügt F. fujikuroi über das genetische Potenzial für die Produktion von mindestens 46 weiteren Naturstoffen, von denen einige zu dessen Virulenz beitragen könnten. Durch die Verwendung von epigenetischen Mutanten sollen Mechanismen aufgeklärt werden, die für die erfolgreiche F. fujikuroi-O. sativa Interaktion wichtig sind. Genomweite Genexpressionsanalysen von hypo-/hypervirulenten Mutanten im Vergleich zum Wildtyp sollen Gene identifizieren, welche bedingt durch die Mutation unterschiedlich reguliert werden. Einige der differentiell regulierten Gene stehen mit hoher Wahrscheinlichkeit mit der veränderten Virulenz in Zusammenhang und unterstützen so die Identifizierung neuer Virulenzfaktoren. Mithilfe der Chromatinim-munopräzipitation, durch welche die Menge einer bestimmten HPTM an ausgewählten Genen bestimmt werden kann, werden Einblicke in die epigenetischen Abläufe während der Infektion gewonnen. Basierend auf den erzielten Ergebnissen wird eine Auswahl an Genen getroffen, welche differentiell reguliert sind und idealerweise auch mit der jeweiligen HPTM korrelieren. Diese werden im Anschluss detailliert funktional charakterisiert, um ihren direkten Einfluss auf die Virulenz des Pilzes zu evaluieren. Dieses Projekt wird somit neue Erkenntnisse bezüglich der epigenetischen Regulation während der Pathogen-Wirtspflanze-Interaktion liefern.

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