Cohesine und chromosomale Kohäsion im Modellorganismus Tetrahymena

Nach der Replikation hängen die Schwesterchromatiden eines Chromosomes noch zusammen bevor sie sich in der Anaphase unter dem Zug der Spindel endgültig trennen. Dieser verlängerte Zusammenhalt ("Cohesion") der Chromatiden bis zu dem Zeitpunkt wo sie sich an der Spindel nach den gegenüberliegenden Polen orientieren, verhindert ihre Fehlverteilung. Außerdem ermöglicht die Cohesion die Reparatur von Schäden an der DNA durch den intakten DNA-Strang der Schwester als Matritze. Die Cohesion wird durch einen ringförmigen Proteinkomplex, dem Cohesin, bewerkstelligt. Dieser hat zusätzliche Funktionen bei der Regulierung der Genaktivität. Die Auflösung der Cohesion in der Anaphase erfolgt durch die Spaltung der Kleisin-Komponente des Cohesin-Komplexes. In der Meiose erfolgt die Auflösung der Cohesion in zwei Stufen: Zuerst ermöglicht der Verlust der Cohesion entlang der Arme die Trennung der homologen Chromosomen, und anschließend erlaubt der Verlust der Cohesion im Bereich um die Centromere das Auseinanderweichen der Schwesterchromatiden in der Anaphase II. Diese schrittweise Trennung wird durch eine spezielle meiotische Version des Cohesins ermöglicht. Durch die Rolle des Cohesins bei der Chromosomensegregation, DNA Reparatur und Genregulation verursachen Defekte in seinen Komponenten und den damit assoziierten Proteinen schwere Entwicklungsstörungen und sind der Hauptgrund für Totgeburten und angeborene Anomalien beim Menschen. Bisherige Studien in Hefen und Tieren und, in geringerem Umfang, in Pflanzen zeigten Ähnlichkeiten in Funktionsweise und Aufgaben des Cohesins. Hier wollen wir die Allgemeingültigkeit unseres gegenwärtigen Verständnisses von Cohesin und Cohesion im entwicklungsgeschichtlich weit entfernten Protisten Tetrahymena überprüfen. Vorläufige Untersuchungen unserer Gruppe lassen einige bemerkenswerte Abweichungen vom üblichen Cohesion-System erkennen. So gibt es nur eine Version des Cohesins für die Mitose und die Meiose. Auch scheint sich das Cohesin in der Anaphase nicht von den Chromosomen zu lösen. Vor alledem bietet sich die Untersuchung des Cohesins in Tetrahymena deshalb an, weil bei diesem Organismus Mitose/Meiose und Transkription in verschiedenen Kernen ein und derselben Zelle ablaufen. Schaltet man Cohesin-Gene aus, kann man im jeweiligen Kerntyp die unvermischten Effekte auf nur die eine oder die andere Funktion studieren.

Nach der Replikation hängen die Schwesterchromatiden eines Chromosomes noch zusammen, bevor sie sich in der Anaphase unter dem Zug der Spindel endgültig trennen. Dieser verlängerte Zusammenhalt ("Kohäsion") der Chromatiden bis zu dem Zeitpunkt, da sie sich an der Spindel nach den gegenüberliegenden Polen orientieren, verhindert ihre Fehlverteilung. Außerdem ermöglicht die Kohäsion die Reparatur von Schäden an der DNA durch den intakten DNA-Strang der Schwester als Matrize. Die Kohäsion wird durch einen ringförmigen Proteinkomplex, dem Cohesin, bewerkstelligt. Dieser hat zusätzliche Funktionen bei der Regulierung der Genaktivität. Die Auflösung der Kohäsion in der Anaphase erfolgt durch die Spaltung der Kleisin-Komponente des Cohesin-Komplexes. In der Meiose erfolgt die Auflösung der Kohäsion in zwei Stufen: Zuerst ermöglicht der Verlust der Kohäsion entlang der Arme die Trennung der homologen Chromosomen, und anschließend erlaubt der Verlust der Kohäsion im Bereich um die Centromere das Auseinanderweichen der Schwesterchromatiden in der Anaphase II. Diese schrittweise Trennung wird durch eine spezielle meiotische Version des Cohesins ermöglicht.Durch die Rolle des Cohesins bei der Chromosomensegregation, DNA Reparatur und Genregulation verursachen Defekte in seinen Komponenten und den damit assoziierten Proteinen schwere Entwicklungsstörungen und sind der Hauptgrund für Totgeburten und angeborene Anomalien beim Menschen.Bisherige Studien in Hefen und Tieren und, in geringerem Umfang, in Pflanzen zeigten Ähnlichkeiten in Funktionsweise und Aufgaben des Cohesins. Hier haben wir die Allgemeingültigkeit unseres gegenwärtigen Verständnisses von Cohesin und Kohäsion im entwicklungsgeschichtlich weit entfernten Protisten Tetrahymena überprüft. Die Untersuchungen unserer Gruppe lassen einige bemerkenswerte Abweichungen vom üblichen Cohesion-System erkennen. So gibt es nur eine Version des Cohesins für die Mitose und die Meiose. Auch scheint sich das Cohesin in der Anaphase nicht von den Chromosomen zu lösen. Vor allem aber haben wir die besondere Eignung des Tetrahymena-Modellsystems für die Untersuchung des Cohesins gezeigt: Bei diesem Organismus laufen Mitose/Meiose und Transkription in verschiedenen Kernen ein und derselben Zelle ab. Schaltet man Cohesin-Gene aus, kann man im jeweiligen Kerntyp die unvermischten Effekte auf nur die eine oder die andere Funktion studieren.