Meiotische Paarungsgene bei C. elegans

Forschungsprojekt P 14642Meiotische Paarungsgene bei C. elegansJosef LOIDL09.10.2000 Klonierung und Charakterisierung eines neuen meiotischen Paarungsgens bei Caenorhabditis elegans Die Meiose ist eine besondere Zellteilung, die die Reduktion des doppelten Chromosomen-satzes der Körperzellen bewirkt und zur Bildung haploider Fortpflanzungszellen (Gameten) führt. Die Meiose beginnt mit der gegenseitigen Erkennung und Paarung der homologen elterlichen Chromosomen. Dabei tauschen diese einander entsprechende Stücke aus, was einerseits zur Neukombination (Rekombination) von Erbinformation in den Chromosomen Rihrt, andererseits den Zusanunenhalt zwischen den homologen Chromosomen an den Austauschstellen bewirkt. Erst dieser Zusammenhalt erlaubt die ordnungsgemäße Aufteilung der homologen Chromosomen auf die Tochterzellen. Unser noch immer lückenhaftes Wissen über die Mechanismen der meiotischen Chromosomenpaarung stammt hauptsächlich von cytologischen Befunden und von genetischen und molokularbiologischen Untersuchungen der Bäckerhefe, einem hoch spezialisierten einzelligen Eukaryonten. Es existieren aber verschiedene Hinweise, daß sich die Meiose der Hefe in mancher Hinsicht von der mehrzelliger Organismen mit komplexeren Genomen unterscheidet. Um mehr über die Chromosomenpaarung zu lernen, planen wir einen kombi-nierten genetischcytologischen Ansatz beim Nematoden Caenorhabditis elegans, einem weit verbreiteten tierischen Modellorganismus. Ähnlich wie bei Säugern, aber im Unterschied zur Hefe, führen Fehler in der meiotischen Paarung und/oder Rekombination zur Aktivierung eines Checkpoints, der betroffene Zellen einem Programmierten Zelltod (Apoptose) zuführt. Durch Ausnutzung dieses Umstands gelang unserem Kooperationspartner Dr. Anton Gartner die Isolation einer neuen Mutante (mit dem vorläufigen Namen rid- 11), deren exzessive Apoptose in der Keimbahn einen Meiosedefekt anzeigt. In diesem Projekt wollen wir das RID- 11 Gen klonieren und seine genaue Rolle in der Meiose bestimmen. Darüberhinaus soll das vermehrte Auftreten von Apoptose nach meio-tischen Defekten (ein bei C. elegans leicht erkennbarer Phänotyp) für die Suche nach weiteren Mutanten mit Störungen in der meiotischen Paarung und Rekombination genutzt werden.

Die Meiose ist eine besondere Form der Zellteilung die zur Reduktion des diploiden Chromosomensatzes im Zuge der Bildung der haploiden Geschlechtszellen führt. In der Meiose trennen sich in einer ersten Phase (Meiose I) Paare von homologen Chromosomen (eines von jedem Elter) und in der darauffolgenden Meiose II spaltet sich jedes Chromosom in seine beiden Schwesterchromatiden. Bevor sich aber die homologen Chromosomen in der Meiose I trennen, paaren sie sich und tauschen einander entsprechende Abschnitte aus (Rekombination). In diesem Projekt wurden die Chromosomenpaarung und Rekombination in der Meiose des Nematoden Caenorhabditis elegans durch Mutantenscreens und revers genetische Ansätze untersucht. Es wurden etliche meiotische Gene identifiziert. Eines dieser Gene (zhp-3) ist ein Homologes des Hefegens ZIP3, welches eine Funktion beim Aufbau stabiler Paarungsstrukturen hat. Bemerkenswerterweise ist es bei C. elegans zu einer Abwandlung dieser Funktion gekommen, denn obgleich wichtig für die Rekombination, hat dieses Gen keine Bedeutung bei der Paarung. Das Produkt eines weiteren Gens, scc-3, erwies sich als wichtig sowohl für die Paarung als auch die geregelte Trennung homologer Chromosomen in der Meiose. Die Arbeit an mfp-1, einem Gen mit einer wahrscheinlichen Rolle bei der Erkennung von Homologien, welche die Voraussetzung für Chromosomenpaarung ist, ist noch im Gange. Insgesamt betrachtet, hat die Entschlüsselung der Funktion einiger der vielen an der Meiose beteiligten Gene ein besseres Verständnis der Vorgänge in der Meiose gebracht.