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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.
Forschungsprojekt aus §26 oder §27 Mitteln
Laufzeit : 2016-12-01 - 2020-11-30

Pflanzen nehmen Wasser und Nährstoffe für uns zumeist im verborgen mit ihren Wurzeln auf. Dabei gibt es Pflanzenarten, die diese Wurzeln sehr tief in die Erde treiben um an tiefe Wasserreserven zu kommen. Andere Pflanzen hingegen bevorzugen ein eher radiales Wurzelnetzwerk welches nur wenige Zentimeter Tiefe erlangt. Mit ihren Wurzelsystemen haben sich Pflanzen also auf sehr diverse Umgebungen spezialisiert. Dies ist ein wichtiger Grund warum nicht jede Pflanzenart in jeder beliebigen Umgebung gedeiht und warum zum Beispiel trockenstress unterschiedlich toleriert wird. Die Ausprägung des Wurzelsystems rückt immer stärker in den Fokus der Wissenschaft, da ein angepasstes Wurzelsystem die Produktivität vieler Nutzpflanzen nachweisbar steigern könnte. Unsere Arbeiten beschäftigen sich mit der Fragestellung wie Pflanzen ihre Wurzeln entweder in die Tiefe oder radial ausbilden. Sehr bald nach der Keimung richtet sich Pflanzenwachstums nach der Schwerkraft, wobei die Hauptwurzel zumeist positive gravitropisch „nach unten“ wächst. Laterale Wurzeln scheinen positiv gravitropisches Wachstum zu unterdrücken und zeigen eine komplexere gravitropische Antwort, welche die radiale Ausdehnung des Wurzelsystems (Plagiotropismus) überhaupt ermöglicht. Trotz seiner herausragenden Bedeutung für die Wurzel-Architektur, ist es weitgehend unbekannt, wie die radiale Wurzelausbildung reguliert wird. Wir haben natürlich vorkommende Arabidopsis Ökotypen (Arabidopsis Pflanzen aus unterschiedlichen geographischen Ursprung) untersucht, um die Bedeutung des Lateralwurzelgravitropismus für Lebensraumanpassung zu studieren. Neben der Studie der natürlichen Variation von Wurzelsystemen, ermöglichen diese Linien eine genomweite Assoziationsstudie (GWAS). Diese Analysen haben neue molekulare Komponenten identifiziert welche für das Wurzelsystem eine zentrale Rolle spielen. Mittels der FWF Unterstützung wird ein Genkandidat mit entwicklungsgenetischen, physiologischen und zellbiologischen Verfahren untersucht. Diese Arbeiten werden einen Einblick liefern wie verschiedene Pflanzenhormone zusammen die Wurzelarchitektur ausprägen und damit Pflanzen an ihre Umgebung anpassen.

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