Neue Gene für Chromosomenstruktur und Rekombination

Die Meiose ist jene Zellteilung der Eukaryonten, die den generativen Lebenszyklus einleitet und zur Produktion von Keimzellen führt. Die doppelten Chromosomensätze aus vegetativen Zellen werden dabei mit hoher Präzision zu einem einzelnen, kompletten Satz zusammengestückelt. Gerade aber beim Menschen gibt es relativ hohe, geschlechts- und altersabhängige Fehlerraten, die zum Tod des Embryos oder zu Defekten wie dem Down`s Syndrom führen können. In den letzten 15 Jahren war S. cerevisiae der erfolgreichste Modellorganismus zur Aufklärung meiotischer Vorgänge. Es wurde klar, dass homologe Chromosomen einander durch Sequenzvergleiche erkennen. Nicht nur in Hefe sind die von der Spo11-Nuklease verursachten DNA Doppelstrangbrüche (DSBs) sowohl für die Erkennung, als auch die spätere Verbindung von homologen Chromosomen nötig. Reparaturenzyme arbeiten dabei eng mit Strukturproteinen zusammen um korrekte Aufteilung intakter Chromosomen zu gewährleisten. Nach unserer Entdeckung des ersten meiotischen Kohäsins (Rec8) und der fundamentalen Rolle der Kohäsine in der Meiose im Zuge unseres letzten FWF Projekts, hat es einen stürmischen Fortschritt beim Verständnis der Rolle von Chiasmata in der Chromosomensegregation gegeben. Das vorliegende Projekt versucht die Lücken in unserem Verständnis der Zusammenarbeit zwischen Struktur- und DNA Reparaturproteinen zu schließen. Wie beeinflusst die DNA Reparatur die Chromosomenstruktur, die wiederum auf weitere Reparatur und Rekombination zurückwirkt? Wir stellen einen visuellen, systematischen Mutantenscreen der EUROSCARF Hefedeletionsbank vor, um festzustellen welche Gene die Chromosomenmorphologie beeinflussen. Wir werden die Synapsis und die Gesamtstruktur der meiotischen Hefechromosomen auswerten. Probleme bei der Synapsis sind ein sensitiver Indikator für Struktur- oder Reparaturdefekte. Solche Defekte können die Meiose auch via Checkpoint-Antwort blockieren. Wir erwarten mit dieser Methode alle nicht essentiellen Gene zu entdecken, deren Verlust einen großen Effekt auf die meiotische DNA Reparatur, oder die Chromosomenstruktur hat. Schwächere Effekte können einem meiotischen Screen für Synthetische Letalität zugeführt werden. Einzelne Gene sollen anschließend im Detail studiert werden, mit Hilfe einschlägiger, aber auch neuer Tests, wie dem hochauflösenden, chromosomenweiten Lokalisieren von Struktur- und Reparaturproteinen.

Die Meiose ist jene Zellteilung der Eukaryonten, die den generativen Lebenszyklus einleitet und zur Produktion von Keimzellen führt. Die doppelten Chromosomensätze aus vegetativen Zellen werden dabei mit hoher Präzision zu einem einzelnen, kompletten Satz zusammengestückelt. Gerade aber beim Menschen gibt es relativ hohe, geschlechts- und altersabhängige Fehlerraten, die zum Tod des Embryos oder zu Defekten wie dem Down`s Syndrom führen können. In den letzten 15 Jahren war S. cerevisiae der erfolgreichste Modellorganismus zur Aufklärung meiotischer Vorgänge. Es wurde klar, dass homologe Chromosomen einander durch Sequenzvergleiche erkennen. Nicht nur in Hefe sind die von der Spo11-Nuklease verursachten DNA Doppelstrangbrüche (DSBs) sowohl für die Erkennung, als auch die spätere Verbindung von homologen Chromosomen nötig. Reparaturenzyme arbeiten dabei eng mit Strukturproteinen zusammen um korrekte Aufteilung intakter Chromosomen zu gewährleisten. Nach unserer Entdeckung des ersten meiotischen Kohäsins (Rec8) und der fundamentalen Rolle der Kohäsine in der Meiose im Zuge unseres letzten FWF Projekts, hat es einen stürmischen Fortschritt beim Verständnis der Rolle von Chiasmata in der Chromosomensegregation gegeben. Das vorliegende Projekt versucht die Lücken in unserem Verständnis der Zusammenarbeit zwischen Struktur- und DNA Reparaturproteinen zu schließen. Wie beeinflusst die DNA Reparatur die Chromosomenstruktur, die wiederum auf weitere Reparatur und Rekombination zurückwirkt? Wir stellen einen visuellen, systematischen Mutantenscreen der EUROSCARF Hefedeletionsbank vor, um festzustellen welche Gene die Chromosomenmorphologie beeinflussen. Wir werden die Synapsis und die Gesamtstruktur der meiotischen Hefechromosomen auswerten. Probleme bei der Synapsis sind ein sensitiver Indikator für Struktur- oder Reparaturdefekte. Solche Defekte können die Meiose auch via Checkpoint-Antwort blockieren. Wir erwarten mit dieser Methode alle nicht essentiellen Gene zu entdecken, deren Verlust einen großen Effekt auf die meiotische DNA Reparatur, oder die Chromosomenstruktur hat. Schwächere Effekte können einem meiotischen Screen für Synthetische Letalität zugeführt werden. Einzelne Gene sollen anschließend im Detail studiert werden, mit Hilfe einschlägiger, aber auch neuer Tests, wie dem hochauflösenden, chromosomenweiten Lokalisieren von Struktur- und Reparaturproteinen.