Charakterisierung von VPS72/YL1 beim Kernaufbau

• Antragsteller: Professor Dr. Wolfram Antonin
• Fachliche Zuordnung: Zellbiologie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 515940343

Mit Eintritt in die Mitose bricht in tierischen Zellen die Kernhülle zusammen, das Chromatin kondensiert zu Chromosomen, die vom Spindelapparat segregiert werden – Prozesse, die von vielen Arbeitsgruppen intensiv untersucht wurden und werden. Viel weniger erforscht ist, wie am Ende der Mitose ein funktioneller Zellkern wieder entsteht, der seine vielfältigen Funktionen in der Interphase erfüllen kann. Hierzu müssen die stark verdichteten Chromosomen entpackt werden. Um das dekondensierende Chromatin entsteht die Kernhülle, nukleare Substrukturen wie Nukleoli bilden sich aus und der Kerntransport stellt die Kompartimentierung wieder her. Dies ist essentiell für die Transkription und Vererbung der Erbinformation. Trotz seiner Bedeutung für die Grundlagenforschung sowie seiner möglichen medizinischen Implikationen ist der Wiederaufbau des Zellkerns am Ende der Mitose molekular nur in Ansätzen charakterisiert. Wir haben das VPS72/YL1, ein Chaperon der Histonvariante H2A.Z, und seine konservierte YL-1-Domäne als einen entscheidenden Faktor für die Kernreorganisation identifiziert: In Xenopuseiextrakten, in denen der Wiederaufbau des Zellkerns rekonstituiert wird, blockiert die VPS72-Depletion die H2A.Z-Beladung des Chromatins und verursacht Kernstrukturdefekte. Das Chromatin erscheint unorganisiert, und die Kernhülle ist unregelmäßig und reicht bis in Bereiche, die normalerweise vom Chromatin besetzt sind. Die YL-1-Domäne selber ist für die generelle H2A.Z-Beladung des Chromatins nicht erforderlich, hat aber eine spezifische, noch unbekannte Funktion beim Wiederaufbau des Zellkerns. Interessanterweise interagiert diese Domäne mit den SAC (spindle assembly checkpoint)-Komponenten MAD2 und p31 und einem wenig definierten Faktor, WDR83. p31- und MAD2-Depletion beeinträchtigt wie die VPS72-Depletion die Kernstruktur, was auf eine nicht-kanonische Funktion von p31 und MAD2 hinweist. Wir werden hier die Funktion der YL-1-Domäne und ihrer Bindungspartner MAD2, p31 und WDR83 beim Wiederaufbau des Zellkerns mithilfe von Xenopuseiextrakten und zellulären Assays (CRISPR/CAS-basierte Knockouts oder induzierbarer Degradation von Zielproteinen in Zellkultur kombiniert mit life cell imaging) definieren. Wir werden das VPS72/MAD2/p31/WDR83-Interaktionsnetzwerks und seine Funktion für den Kernaufbau analysieren, vor allem welche Aspekte des Kernaufbaus beeinträchtigt sind, wenn diese Komponenten fehlen. Wir werden untersuchen, ob die YL-1-Domäne erforderlich ist, um H2A.Z auf spezifische Chromatin-Loci, die für den korrekten Zusammenbau des Kerns entscheidend sind, zu laden oder diese zu erkennen. Dazu nutzen wir CHIP-Experimente in Xenopus-Eierextrakten, die in diesem System etabliert werden sollen, und in Gewebekulturzellen. Durch eine Kombination von zellfreien und zellulären Assays wollen wir einen wenig untersuchten, aber wichtigen zellbiologischen Prozess verstehen, notwendig, um die Zellkernstruktur und -funktion am Ende der Mitose wieder herzustellen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen