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Chromatinregulierung & Zellidentität

Wir erforschen Mechanismen der Genomregulation in Säugerzellen, die der Kontrolle von Zellzuständen zugrunde liegen v.a. in embryonalen Stammzellen und in Hautzellen.

Insbesondere wollen wir Einblicke in die Funktion und physiologische Bedeutung von Proteinen gewinnen, welche epigenetische Modifikationen (DNA Methylierung, Histon-modifikationen) und den Zugang von Proteinen zu Genen regulieren - in physiologischen so wie pathologischen Zusammenhängen. 

Spezifische Fragestellungen:

• Embryonale Stammzellen können jeden Zelltyp ausbilden. Wir untersuchen die Rolle von ATP abhängigen Chromatin remodellierenden Enzymen in (i) der Erhaltung der Pluripotenz und (i) in der Vererbung von Chromatinmodifikationen und DNA Methylierung während der Zellteilung. 

  Abbildung: Replikationsgabel. Chromatin Remodeller SMARCAD1 ist für die Erhaltung von Heterochromatin nach der Replikation erforderlich.  Referenz: “Keeping Chromatin quiet.” J. Mermoud et al. Cell Cycle.

• Fast die Hälfte des Säugergenoms besteht aus Transposons. Diese sind nicht genetischer Müll sondern wichtige Sequenzen welche die Identität der Zelle beeinflussen können. Deregulierung von Transposons steht in Zusammenhang mit Krankheiten. Wie studieren wie der Wirt die Aktivität von Retrotransposons kontrolliert. 

  Abbildung: SMARCAD1 assoziert mit Heterochromatin (ERV, endogene Retroviren).  Referenz: “SMARCAD1 ATPase activity is required to silence endogenous retroviruses in embryonic stem cells.” Nature Communications.

• Chromatinremodelling in der Entwicklung und in Krankheiten:
  20% aller Mutationen in Krebs sind in Genen die für Chromatinremodeller kodieren. Wir untersuchen die Isoformen von Remodeller SMARCAD1 in Krebszellen und Hautzellen.
  Haploinsuffizienz von SMARCAD1 führt nämlich zu Hautkrankheiten die u.a. mit erhöhten Krebsrisiko und den Verlust von Fingerabdrücken assoziiert sind. Bis jetzt haben wir einige überraschende Beobachtungen gemacht: die Hautspezifische Isoform von SMARCAD1 zeigt eine unerwartete Lokalisierung und die Expression wird sehr eng kontrolliert. Wir wollen herausfinden, was SMARCAD1 in Hautzellen macht und wie diese Funktion in Krankheiten wie Adermatoglyphia, Huriez- oder Basan Syndrom gestört ist. 

  Abbildung: Mutationen im SMARCAD1 Gen verursachen Hauttkrankheiten. Referenz: Manuskript zur Veröffentlichung eingereicht.

Wir suchen Mitarbeiter für unser Team, die unsere Faszination an der Chromatinforschung teilen und die generellen Prinzipien der Regulation herausarbeiten wollen. 

Techniken und Methoden

In unserer Arbeitsgruppe verwenden wir ein breites Spektrum molekularbiologischer, biochemischer und zellbiologischer Methoden sowie moderne Genomik- und Epigenomik-Technologien.

Molekularbiologie & Biochemie

• • Klonierung, gezielte Mutagenese, DNA-Sequenzierung und Transfektion
  • Expression und Reinigung rekombinanter Proteine in Bakterien- und Insektenzellen
  • Proteinanalytik, z. B. SDS-PAGE, Western Blot und EMSA
  • Untersuchung von Proteininteraktionen und Kartierung von Proteindomänen, z. B. mittels Co-Immunpräzipitation und GST-Pulldown
  • Etablierung stabiler Zelllinien (Maus und Human)
  • Gezielte Genveränderung und Genregulation mittels siRNA, shRNA und CRISPR-Cas9. z.B. akuter, chemisch induzierbarer gezielter Proteinabbau

Genomics & Epigenomics

• • Analyse von Chromatinstruktur und DNA-Zugänglichkeit mittels ChIP-seq, CUT&RUN, und ATAC-seq
  • RNA-Isolation und Analyse der Expression von Genen und repetitiven Sequenzen
  • Isolation genomischer DNA und DNA-Methylierung, z. B. mittels Bisulfit-Sequenzierung, EM-seq und Nanopore-Sequenzierung
  • Histon-Präparation und Analyse posttranslationaler Histonmodifikationen
  • Identifikation und Charakterisierung von Proteininteraktionen und -netzwerken mittels Massenspektrometrie

Zellbiologie & Mikroskopie

• • Kultivierung und Differenzierung embryonaler Stammzellen und humaner Keratinozyten
  • Zellbasierte funktionelle Assays, z. B. Wundheilungsassays (Scratch-Assays)
  • Fluoreszenzmikroskopie, indirekte Immunfluoreszenz und Live-Cell-Imaging

Bioinformatik & In-silico-Vorhersagen

• • Bioinformatische Auswertung und Interpretation von Sequenzierdaten
  • Computergestützte Vorhersagen, z.B. von Proteinstrukturen mit AlphaFold