Meiosis made simple : Mechanisms of meiotic chromosome dynamics elucidated in somatic cells
Year: 2017
Type: dissertation
Abstract: Meiose mal einfach: Die Verwendung von somatischen Zellen zur Aufklärung von Mechanismen der meiotischen ChromosomensegregationNach der Replikation der DNA sorgt die Schwesterchromatid-Kohäsion für die physikalische Verbindung der Schwesterchromatiden und gewährleistet deren korrekte Segregation in Mitose und Meiose.Die Kohäsion wird durch den ringförmigen Proteinkomplex Cohesin vermittelt, der in mitotischen Zellen aus den Untereinheiten Smc1, Smc3, Scc1 und Stag1 oder Stag2 besteht.Während der Mitose wird Cohesin auf zwei unterschiedlichen Wegen von den Chromosomen entfernt.Zunächst löst Wapl die Kohäsion entlang der Chromosomenarme auf, indem es die Interaktionsstelle zweier Cohesin-Untereinheiten öffnet.Centromerische Kohäsion bleibt erhalten, da an dieser Stelle Sgo1 die Aktivität von Wapl neutralisiert.Die Verteilung der Chromatiden wird initiiert, wenn die Protease Separase die Untereinheit Scc1 von centromerischem Cohesin schneidet.In meiotischen Zellen kann der Cohesin-Ring anders zusammengesetzt sein als oben beschrieben, da in entstehenden Keimzellen zusätzliche meiose-spezifische Untereinheiten exprimiert werden.Man geht davon aus, dass die meisten Cohesin-Ringe in meiotischen Zellen das meiose-spezifische Rec8 anstatt Scc1 enthalten.In Meiose I werden die über Chiasmata verknüpften homologen Chromosomen getrennt, indem Rec8 an den Armen der Chromosomen von Separase gespalten wird.Rec8 am Centromer wird von Sgo2 geschützt bis in Meiose II auch diese Fraktion von Cohesin durch Separase geöffnet wird.Die Chromosomen-Kohäsion und deren Auflösung ist entscheidend für eine korrekte Chromosomensegregation in der Meiose und entsprechende Fehler stellen eine Ursache für Trisomie, Fehlgeburten und Unfruchtbarkeit dar.Die Eigenschaften von meiose-spezifischen Cohesin-Komplexen besser zu verstehen erscheint daher äußerst relevant.Die Charakterisierung von Cohesin in der Meiose von Säugern wurde bisher hauptsächlich mit Oozyten bzw.Spermatozyten von Mäusen durchgeführt.Da biochemische Experimente in diesen Systemen nur schwer durchführbar sind, wurde in der vorliegenden Arbeit eine standardmäßig verwendete somatische Zelllinie benutzt, um meiotisches Cohesin zu untersuchen.Rec8 wird in Hek 293 Zellen exprimiert und durch anschließende Immunpräzipitation gezeigt, dass Rec8 nicht mit Stag1 oder Stag2, sondern nur mit dem meiose-spezifischen Stag3 interagiert.Eine Kernlokalisation von Rec8 ist auch nur zu beobachten, wenn zusätzlich Stag3 exprimiert wird.Eine RNAi-vermittelte Depletion von Sgo1 induziert einen Kohäsionsdefekt in mitotisch-arretierten Zellen, der durch die Anwesenheit von Rec8 und Stag3 aufgehoben wird.Auch die Expression einer hyperaktiven Separase Variante führt zu vorzeitiger Schwesterchromatid-Trennung, die durch Rec8 und Stag3 reduziert wird.Die durch Rec8-Stag3 vermittelte Verringerung der vorzeitigen Schwesterchromatid-Trennung im Fall der Sgo1 Depletion und auch im Fall der Separase Expression, kann aufgehoben werden, wenn die zelluläre Proteinmenge von Sgo2 durch siRNA verringert wird.Diese Befunde deuten darauf hin, dass Rec8 durch Sgo2 vor den Cohesin-Antagonisten Wapl und Separase geschützt werden kann und, dass Sgo1 ausschließlich Scc1-Stag1/2 enthaltendes Cohesin schützt, während Sgo2 nur in der Lage ist, Rec8-Stag3 enthaltende Cohesin-Komplexe zu schützen.Liegt die Konzentration der Sgo-Proteine durch Überexpression deutlich über der physiologischen Menge, scheint die Spezifität für einen bestimmten Cohesin-Komplex abzunehmen.Da in dieser Arbeit gezeigt wird, dass meiotische Cohesin-Komplexe von Wapl geöffnet werden können, sollten zukünftige Studien untersuchen wie Wapl während der Meiose reguliert wird.Untersuchungen an Maus-Oozyten konnten zeigen, dass Cyclin A für die Schwesterchromatid-Trennung in der Meiose II erforderlich ist -wahrscheinlich, weil es Sgo2 inaktiviert.Unter physiologischen Bedingungen wird Cyclin A in der frühen Mitose abgebaut.Im Rahmen dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass mitotisch arretierte Hek 293 Zellen unter vorzeitiger Schwesterchromatid-Trennung leiden, wenn die Zellen eine nicht abbaubare Variante von Cyclin A exprimieren.Es ist denkbar, dass dieser Effekt ähnlich wie in Meiose durch die Inaktivierung von Sgo1 ausgelöst wird und daher wiederum eine Zellkultur Zelllinie verwendet werden kann, um den Mechanismus von Cyclin A bezüglich der Chromosomen-Segregation aufzuklären.Im Folgenden wurde eine stabile transgene Zelllinie erzeugt, die nichtabbaubares Cyclin A induzierbar exprimiert und auch hier wurde nach der Induktion des Transgens ein frühzeitiger Verlust der Kohäsion beobachtet.Diese Zelllinie soll in weiteren Experimenten Verwendung finden, in denen z.B. die Induktion von Cyclin A mit einer Depletion oder Überexpression anderer Proteine kombiniert wird.Ändert sich der Kohäsionsverlust relativ zur alleinigen Cyclin A Expression kann angenommen werde, dass das entsprechende depletierte oder überexprimierte Protein mit Cyclin A zusammenwirkt.
Author: Peter Wolf
Language: English
Subfield: Cell Biology
Domain: Life Sciences
Open Access status: green
OpenAlex ID: W2612078432