DBT-DFG Indo-German Forschungsantrag: Die Rekrutierung des γ-TuRC an die sich ausbildende Tochterzentriole für die Assemblierung der centriolären Mikrotubuli

• Antragsteller: Professor Dr. Elmar Schiebel
• Fachliche Zuordnung: Zellbiologie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 465380792

Centriolen sind aus Mikrotubuli (MT) aufgebaut Organelle die essentielle Funktionen bei der Chromosomentrennung und Ciliaausbildung haben. In der G1 Phase des Zellzyklus besitzt eine Zelle zwei Centriolen, die von dem perizentriolären Material umgeben sind und zusammen ein Centrosom ausbilden. In der S Phase werden am proximalen Ende der beiden Muttercentriolen die Tochtercentriolen assembliert. Das rechtwinklig angeordneten Mutter-Tochtercentriolenpaar bleibt während der Mitose bestehen, wenn jedes Centriolenpaar mit einem der beiden mitotischen Spindelpole verbunden ist. Nach der Zytokinese löst sich die Tochtercentriole von der Mutter ab; jede Tochterzelle hat zwei Centriolen. Centriolen bestehen aus 9 MT-Tripletts von denen jedes aus A, B und C MT besteht. Die Assemblierung der A-MT, die zuerst erfolgt, benötigt ein „Cartwheel“ ähnliches Stützgerüst das aus 9 Dimere des Proteins Sas-6 besteht. Somit ist die A-MT Assemblierung ein kritischer Schritt für den Zusammenbau der Centriolen, der Biogenese der Centrosomen und für die Ausbildung der mitotischen Spindel. Defekte bei der Centriolenbiogenese führen deshalb zu Fehlern bei der mitotischen Chromosomentrennung und zur Krebsentstehung. Daher ist es von entscheidender Bedeutung zu verstehen, wie Centriolen und im Besonderen die A-MT auf mechanistischer Ebene zusammengebaut werden. Cryo-Elektronenmikroskopie (cryo-EM) menschlicher Procentriolen haben eine Kappe an einem Ende aufgezeigt, die strukturell dem γ-Tubulinringkomplex (γ-TuRC) entspricht. Der γ-TuRC ist der Hauptorganisator von Mikrotubuli in menschlichen Zellen. Vor kurzem hat Manna gezeigt, daß γ-TuRC mit Sas-6 interagiert und Schiebel löste die Struktur des γ-TuRC mittels cryo-EM auf. Obwohl diese Studien eine Verbindung zwischen dem Sas-6 “Cartwheel”, γ-TuRC und der Assemblierung der centriolären MT aufzeigen, bleibt es unklar, wie der γ-TuRC zum entstehenden Centriol rekrutiert und die Aktivität des γ-TuRC stimuliert wird, um dann die A-MT zu assemblieren. Diese zentralen Fragen werden im Rahmen dieser Zusammenarbeit (DBT-DFG Programm) adressiert. Unser Arbeitsmodel schlägt vor, daß das Sas-6 “Cartwheel" γ-TuRC in der S Phase direkt rekrutiert und zusammen mit weiteren Faktoren die Ausbildung der A-MT initiiert. Um diesen Vorgang molekular zu verstehen, werden wir die Sas-6/γ-TuRC Interaktion mittels “negative stain” Elektronenmikroskopie und Quervernetzung mit Massenspektrometrie (2.3.1) und cyro-EM Analyse des γ-TuRC-Sas-6 Komplexes (2.3.3) analysieren. Zudem werden wir untersuchen wie die Kinase PLK4 die γ-TuRC-C-Sas-6 Interaktion reguliert (2.3.2) und der γ-TuRC-Sas-6 Komplex am entstehenden Centriole mit anderen Faktoren interagiert (2.3.4; super resolution microscopy; 2.3.5; biochemische Ansätze). Das Forschungsprogramm, das aus einem innovativen Ansatz aus Strukturbiologie und biochemischen Analysen besteht, wird also aufdecken wie die A-MT als Schlüsselschritt in der Centrosomenbiogenese zusammengebaut werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Indien
• Partnerorganisation: Department of Biotechnology (DBT) ; Ministry of Science and Technology
• Kooperationspartner: Dr. Tapas K. Manna