Regulation von Synapsis und Crossover-Bildung in der Meiose in C. elegans

• Antragstellerin: Dr. Simone Köhler
• Fachliche Zuordnung: Zellbiologie
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 452616889

Meiose ist eine besondere Form der Zellteilung, bei der homologe Chromosomenpaare in der Meiose I voneinander getrennt werden. Um die homologen Chromosomenpaare fehlerfrei auf die Tochterzellen zu verteilen, müssen diese sich zunächst finden, und die Paarung muss anschließend durch die Ausbildung des synaptonemalen Komplexes stabilisiert werden. Dieser Komplex ermöglicht und reguliert zudem den Austausch homologer Chromosomen durch Crossing-over. Die Rekombinationsereignisse bilden kovalenten Verknüpfungen zwischen den Chromosomenpaaren und werden für eine korrekte Trennung während der Meiose I benötigt. Zudem veranlassen sie den Austausch genetischer Information und garantieren so genetische Diversität. Obwohl der synaptonemale Komplex und seine Rolle bei der Regulation des Crossing-over von elementarer Bedeutung für den korrekten Ablauf der Meiose sind, ist über die Mechanismen, die diesen Prozessen zugrunde liegen, wenig bekannt. Meine bisherige Forschung hat die Anordnung einzelner Komponenten innerhalb des synaptonemalen Komplexes aufgeklärt. Meine Ergebnisse haben gezeigt, dass diese Anordnung mit dem Auftreten von Crossing-over verändert wird, was darauf hindeutet, dass Crossing-over Ereignisse durch strukturelle Veränderungen innerhalb des synaptonemalen Komplexes reguliert werden. Dies konnte ich durch eine Mutation im C-Terminus eines Proteins im synaptonemalen Komplex, SYP-4, bestätigen, die Defekte in der Struktur des synaptonemalen Komplexes verursacht. Hierdurch wird die Regulation der Crossing-over beeinträchtigt, was zu einem drastischen Anstieg der Rekombinationsereignisse führt. Eine andere Mutation im C-terminus von SYP-4 verhindert dagegen die Bildung des synaptonemalen Komplexes. Diese Daten legen nahe, dass der C-Terminus von SYP-4 bei der Regulierung von zentralen Ereignissen in der Prophase der Meiose eine wichtige Rolle spielt. Ich werde daher die Eigenschaften und Aufgaben von SYP-4 untersuchen. Meine bisherigen Ergebnisse lassen vermuten, dass SYP-4 in vivo durch posttranslationale Modifikationen reguliert wird. Ich werde dies mittels biochemischer, genetischer und bildgebender Verfahren untersuchen. Um zu analysieren, wie SYP-4 und der synaptonemale Komplex Rekombination regulieren, werde ich die Übertragung von Information entlang einzelner Chromosomenpaare bei der Entstehung von Crossing-over in vivo untersuchen. Aufbauend auf meinen Erkenntnissen, dass mit der Bildung von Crossing-over strukturelle Veränderungen innerhalb des synaptonemalen Komplexes auftreten, werde ich Sensoren entwickeln, mit deren Hilfe Änderungen im Zustand des synaptonemalen Komplexes in Echtzeit in vivo dargestellt werden können. Die Ergebnisse dieses Projekts werden damit einzigartige Einblicke in die molekularen Mechanismen der Entstehung des synaptonemalen Komplexes und der Crossing-over Ereignisse gewähren und dazu beitragen, die grundlegenden Mechanismen für den Erhalt der Genomstabilität in der Meiose besser zu verstehen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen