Nicht-kohäsive Rollen von Kohäsinen in Meiose

Cohesin gehört zur Familie der SMC-Proteinkomplexe (structural maintenance of chromosomes), die eine zentrale Rolle bei der Organisation und Stabilität der Genome aller lebenden Zellen spielt. Am bekanntesten ist Cohesin dafür, dass es Schwesterchromatiden während der Zellteilung zusammenhält und so eine korrekte Verteilung der Chromosomen ermöglicht. Cohesin hat jedoch auch ältere, zusätzliche Funktionen, die nichts mit Kohäsion zu tun haben und bis zu Bakterien evolutionär konserviert sind: Es hilft, Genome zu falten und zu organisieren und beeinflusst, welche Gene aktiv oder inaktiv sind. Das Cornelia-de-Lange-Syndrom (CdLS), eine schwere Entwicklungsstörung und sogenannte Cohesinopathie, kann die medizinische Bedeutung dieser Funktionen veranschaulichen. Kinder mit CdLS zeigen häufig Wachstumsverzögerungen, Fehlbildungen der Gliedmaßen, charakteristische Gesichtszüge und geistige Einschränkungen. In etwa 6070 % der bekannten Fälle liegt eine Mutation im Gen NIPBL/Scc2 vor, das Cohesin reguliert. Diese Mutationen beeinträchtigen in der Regel nicht die Chromosomenverteilung, sondern stören nicht-kohäsive Funktionen, die für die Genregulation während der Entwicklung wichtig sind. Dieses Projekt zielt darauf ab, zu verstehen, wie Cohesin in der Meiose unabhängig von Kohäsion zur Chromosomenarchitektur beiträgt. Die Meiose steht im Zentrum der sexuellen Fortpflanzung durch ihre essentiellen Rolle bei der Bildung haploider Keimzellen. Im Vergleich zu mitotischen Zellteilungen bietet sie aufgrund ihrer Komplexität besondere Einblicke in die Chromosomenmechanik. Erste Experimente zeigen, dass NIPBL/Scc2 neben der Kohäsion entscheidend für die Aufrechterhaltung der Gesamtstruktur der Chromosomen während der Paarung homologer Chromosomen ist. Fehlt Scc2, verlieren die Chromosomen ihre geordnete Struktur, obwohl die Schwesterchromatiden weiterhin verbunden bleiben. Wird Scc2 wieder zugeführt, kann sich die Struktur erneut ausbilden eine seltene Gelegenheit, den Zerfall und Wiederaufbau von Chromosomen in lebenden Zellen zu untersuchen. Das Projekt nutzt Hefe als Modellsystem, das präzise genetische Eingriffe, Super-Resolution Mikroskopie und umfassende Analysen auf Genomebene erlaubt. Auch wenn der Schwerpunkt auf der Meiose in Hefe liegt, können die erwarteten Erkenntnisse konservierte generelle Prinzipien beleuchten, die für die Meiose, aber auch die Mitose von Pflanzen und Tieren von Bedeutung sind. Indem das Projekt die dynamischen, nicht-kohäsiven Rollen von Cohesin untersucht, trägt es zu einem besseren Verständnis der physikalischen und funktionellen Organisation des Erbmaterials bei und der Folgen, wenn diese gestört ist.