Strukturgebende Signale im eukaryontischen Genom: Vorhersage und Verifizierung

Klar, Martin

doi:10.24355/dbbs.084-200511080100-322

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Strukturgebende Signale im eukaryontischen Genom : Vorhersage und Verifizierung

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Eukaryontische Genome sind in Chromatindomänen gegliedert. Typischerweise werden diese Domänen durch so genannte scaffold/matrix attachment regions (S/MARs) flankiert. Diese Regionen zeichnen sich durch Interaktionen von DNA-Elementen mit Proteinen der nukleären Matrix aus und dienen der Ausbildung von physikalischen Barrieren an den Rändern von Chromatindomänen. Frühere Studien konnten zeigen, dass S/MARs mit der biomathematischen Analyse des stress-induced duplex destabilization (SIDD)-Algorithmus, als Bereiche mit erhöhtem Strangtrennungspotential, vorhergesagt werden konnten. Des Weiteren wiesen SIDD-Kalkulationen oft zusätzliche Regionen mit gesteigerter Tendenz zur Einzelstrangbildung (SIDD-Minima) auf, für die aber nur beschränkt S/MAR-Eigenschaften ermittelt werden konnten. Biochemische Untersuchungen solcher SIDD-Minima mittels DNase I deuteten jedoch auch auf eine regulatorische, Protein-vermittelte Funktion dieser DNA-Regionen hin. Diese Arbeit beschreibt, am Beispiel einer Kontrollregion aus der humanen IFN-beta-Domäne, die Etablierung einer effizienten Methode zur Identifizierung und Charakterisierung von spezifischen DNA-Motiven und deren Interaktionspartnern innerhalb SIDD-Minima-assoziierter DNA-Bereiche. In vitro und in vivo Studien bezüglich eines regulatorischen Einflusses der identifizierten DNA-Sequenzen auf den Virus-induzierbaren IFN-beta Promotor offenbarten eine entscheidende Rolle von zwei DNA-Motiven für die Faktoren YY1 und YY2. Überexpressionsstudien der YY-Proteine bestätigten einen neuartigen Regulations-mechanismus dieser Faktoren an der Virusinduktion des IFN-beta Promotors. Die in dieser Arbeit erzielten Ergebnisse haben erstmals biochemisch bewiesen, dass der SIDD-Algorithmus das Potential besitzt regulatorische DNA-Bereiche, die nicht direkt Promotor-assoziiert sind, vorherzusagen.

Eukaryotic genomes are organized in chromatin domains. It is assumed that such structures constitute independent regulatory units. Typically, these domains are flanked by so-called scaffold/matrix attachment regions (S/MARs). These DNA-elements are characterized by their interaction with proteins of the nuclear matrix and serve as physical barriers at the flanks of chromatin domains. Early studies revealed that S/MARs could be predicted by the biomathematical stress-induced duplex destabilization (SIDD-) algorithm as DNA regions with an increased strand separation potential. Furthermore, SIDD-calculations showed in many cases additional DNA regions with an elevated tendency of single-strand formation (SIDD-minima), possessing just a restricted S/MAR-activity. Interestingly, biochemical studies of these SIDD-minima revealed a hypersensitivity against DNAse I treatment suggesting the existence of regulatory functional DNA-elements. The work presented here describes, exemplified for three destabilized DNA regions within a control region out of the human IFN-beta domain, the establishment of an efficient method to identify and characterize specific DNA binding-sites and there corresponding interaction partners within SIDD-minima-associated DNA-regions. In vitro and in vivo studies with regard to an regulatory influence of the identified DNA sequences onto the virus-inducible IFN-beta promoter displayed a significant role of two DNA motifs for the factors YY1 and YY2. Over-expression studies of the YY-proteins confirmed a novel YY1/YY2-mediated regulatory mechanism of the IFN-beta promoter induction upon viral infection. Taken together, the results of this work have biochemically proven for the first time that the SIDD-algorithm possesses the potential to predict regulatory relevant DNA regions, which are not directly promoter-associated.