CleaveRec8 - Molekulare Mechanismen der meiotischen Kohäsin-Entfernung

• Antragsteller: Professor Dr. Olaf Stemmann
• Fachliche Zuordnung: Zellbiologie ; Biochemie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 316853818

Die korrekte Verteilung des genetischen Materials in der Mitose ist abhängig von der zeitlich streng regulierten Entfernung eines ringförmigen, DNA-umschließenden Proteinkomplexes namens Kohäsin. Während Phosphorylierung in der mitotischen Prophase Kohäsin von den von Chromosomenarmen entfernt, beginnt die Anaphase erst, wenn Protein-Phosphatase 2A-geschütztes Kohäsin an den Zentromeren durch Separase proteolytisch gespalten wird. In der Meiose führen zwei spezialisierte Zellteilungen ohne dazwischenliegende S-Phase zu haploiden Gameten. Die Trennung von homologen Chromosomen im ersten und von Schwesterchromatiden im zweiten Schritt erfordert die schrittweise Entfernung des Kohäsins von den Chromosomenarmen in der Meiose I und von den Zentromeren in der Meiose II. Erstaunlicherweise erfordern beide meiotische Anaphasen die Separase-abhängige Spaltung von Rec8, welches Scc1 in meiotischem Kohäsin funktionell ersetzt und phosphoryliert sein muss, um von Separase als Substrat erkannt zu werden. Während die molekularen Details der stufenweisen Entfernung von S. cerevisiae-Rec8 recht gut verstanden sind, ist es weitgehend unbekannt, wie die orts- und zeitspezifische Spaltung von Rec8 in Säugern kontrolliert wird, und ob der Prophase-Signalweg auch einen Beitrag zur Entfernung von meiotischem Kohäsin leistet.Im Rahmen des vorliegenden Gemeinschaftsprojektes werden wir 1) die Phosphorylierungen kartieren und funktionell analysieren, welche Säuger-Rec8 anfällig für Spaltung durch Separase machen, und 2) die Kinasen identifizieren, die notwendig und ausreichend sind, um Rec8 für die Proteolyse zu sensibilisieren, sowie phänotypische Konsequenzen ihrer Inaktivierung charakterisieren. Ein etablierter Rec8-Funktionstest in experimentell leicht zugänglichen mitotischen Zellen sowie die Fähigkeit Rec8-Spaltung in vitro und in vivo durchzuführen, ermöglichen uns das Erreichen dieser Ziele. Zusammen mit anderen jüngsten Ergebnissen, können wir diese auch dazu verwenden, um 3) die molekularen Details der schnellen Separase-Inaktivierung am Ende von Meiose I aufzuklären, 4) herauszufinden, warum die Trennung der Schwesterchromatiden in der Meiose II von CyclinA abhängt und durch nicht abbaubaren Formen dieses spezifischen Cyclins vorzeitig ausgelöst wird, und 5) aufzudecken, ob meiotisches Kohäsin anfällig für Proteolyse-unabhängige Dissoziation ist und, falls ja, an welcher Position der Ring geöffnet wird.Wir sind zuversichtlich, dass unsere konzertierten Anstrengungen wichtige Einblicke in die molekularen Mechanismen der meiotischen Chromosomensegregation in Säugern liefern werden. Beim Menschen ist die weibliche Meiose sehr fehleranfällig, wodurch es zu Fehlschwangerschaften und Trisomien kommt. Die hohe Inzidenz von aneuploiden Eizellen bei Frauen nahe den Wechseljahren korreliert mit dem vorzeitigen Verlust der Schwesterchromatid-Kohäsion. Das Studium der meiotischen Kohäsin-Regulation ist daher von großer medizinischer und gesellschaftlicher Bedeutung.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Partnerorganisation: Agence Nationale de la Recherche / The French National Research Agency
• Kooperationspartnerin: Privatdozentin Dr. Katja Wassmann, Ph.D.