Segregation von Chromosomen waehrend der Meiose

In der Meiose entstehen aus einer diploiden Zelle haploide Gameten, während in der Mitose die Ploidie der sich teilenden Zellen unverändert bleibt. Meiotische Chromosomen besitzen drei Besonderheiten, die ihre Segregation gewährleisten. Die erste ist Rekombination, bei der homologe Chromosomen durch crossing-over Chiasmata bilden. Die zweite ist Mono-Orientierung von Schwester-Kinetochoren. Die dritte Meiose spezifische Besonderheit ist ein Schutzmechanismus, durch den die Chromosomen in der Meiose I am Zentromer verbunden bleiben. Während die Rekombination verhältnismäßig gut erforscht ist und die erst kürzlich erfolgte Identifizierung von Sgo1 (Shugoshin) Aufschluss über den Schutzmechanismus der zentromeren Kohäsion gab, wissen wir so gut wie gar nichts über den Mechanismus, durch den Schwester-Kinetochoren in der ersten meiotischen Teilung orientiert werden. Das Projekt zielt darauf ab, Proteine zu identifizieren, die für die Mono-Orientierung von Schwester-Kinetochoren in der ersten meiotischen Teilung benötigt werden. Dies wird uns helfen, den Mechanismus der Chromosomensegregation während der Meiose besser zu verstehen. Wir entwarfen einen genetischen Screen, den wir dazu benutzen möchten, Mutanten im Modellorganismus Spalthefe, Schizosaccharomyces pombe, zu identifizieren, die Defekte im Prozess der Mono-Orientierung aufweisen. Zusätzlich möchten wir eine mögliche Rolle der Kinasen Hhp1 und Hhp2 in diesem Prozess untersuchen. Unsere vorläufigen Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Proteine Hhp1 und Hhp2 sowie ihr S. cerevisiae Homolog Hrr25 evolutionär konserviert sind und für die Mono-Orientierung von Schwester-Kinetochoren während der ersten meiotischen Teilung erforderlich sind.

Sexuelle Reproduktion ist abhängig von der Bildung haploider Keimzellen (Eizellen und Spermien) aus diploiden Vorläuferzellen. Dieser Prozess wird als Meiose bezeichnet. Durch zwei aufeinanderfolgende Kernteilungen wird die Anzahl der Chromosomen halbiert. Das Hauptziel unserer Arbeit ist es zum allgemeinen Verständnis von molekularen Mechanismen, die zur Aufteilung der Chromosomen führen, beizutragen. In diesem Projekt lag unser Hauptaugenmerk auf den Kinetochoren (Proteinkomplexe die sich an den Centromeren aneinanderfügen und somit das Anheften der Mikrotubuli ermöglichen), die die Aufteilung der Chromosomen bestimmen. Als Modellorganismus haben wir die Spalthefe S. pombe verwendet. Techniken der klassischen Genetik und biochemische Methoden wurden miteinander kombiniert, um neue Faktoren zu identifizieren und bereits bekannte Proteine, die an der Aufteilung der Chromosomen beteiligt sind, zu erforschen. Wir fanden heraus, dass die meiotische Rekombination (jener Prozess bei dem die genetische Information zwischen mütterlichen und väterlichen Chromosomen ausgetauscht wird) eine entscheidende Rolle in der korrekten Aufteilung der Chromosomen während der ersten meiotischen Teilung spielt. Im zweiten Teil unseres Projekts beschäftigten wir uns mit den Proteinen Hhp1/Hhp2. Wir konnten zeigen, dass diese beiden Proteine an den Centromeren lokalisiert sind und eine wichtige Rolle während der ersten meiotischen Teilung spielen. Weiters konnten wir Proteine identifizieren, die mit HHp1 und HHp2 interagieren. Eines dieser Proteine (Rec8) wird von Hhp1 und Hhp2 modifiziert. Unsere weiterführenden Experimente zeigten, dass die Hhp1/Hhp2 abhängige Modifizierung (Phosphorylierung) von Rec8 unumgänglich für die korrekte Chromosomensegregation während der ersten meiotischen Teilung ist. Diese Beobachtungen lieferten wichtige molekulare Details der Regulation der Meiose. Da es weitläufig bekannt ist, dass Fehler in der Aufteilung von Chromosomen während der Meiose die Hauptursache für Fehlgeburten, Unfruchtbarkeit und Erbkrankheiten wie dem Down Syndrom sind, könnten unsere Ergebnisse auch zu neuen Behandlungsmöglichkeiten im Bereich Gesundheit und Fruchtbarkeit beitragen. Zusammenfassend konnte durch diesen FWF Grant unsere unabhängige Arbeitsgruppe aufgebaut werden. Mittlerweile besteht unsere Gruppe aus mehreren jungen WissenschafterInnen die mit großem Engagement daran arbeiten durch innovative Forschungsmethoden neues Wissen zu schaffen.