Komplettierung der DNA-Bruchreparatur und Crossover-Bildung während der Säugermeiose: die zentralen Funktionen des unbeschriebenen Proteins MES19

• Antragsteller: Professor Dr. Attila Tóth
• Fachliche Zuordnung: Zellbiologie ; Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 400013308

In der Meiose führen zwei aufeinander folgende Zellteilungen von diploiden Zellen zu haploiden Gameten. Während der ersten meiotischen Teilung müssen von mütterlicher und väterlicher Seite stammende homologe Chromosomen (“Homologe”) segregieren. Um Segregationsfehler zu vermeiden müssen die Homologen physische Verbindungen durch Crossover eingehen, die durch Rekombination in der Prophase I entstehen. Meiotische Rekombination beginnt mit der spezifischen Bildung von DNA-Brüchen (etwa 200 bis 400 Brüche/Zelle in Mäusen). Einzelsträngige DNA-Enden dieser Brüche paaren mit entsprechenden homologen Abschnitten der Homologen. Die meisten der DNA-Brüche werden durch nicht-Crossover Rekomination repariert, zu lokaler Genkonversion jedoch nicht zu Crossover führend. Nur sehr wenige DNA-Brüche, meist ein oder zwei pro Homolog pro Zelle in Mäusen, resultieren in Crossover. Mindestens ein Crossover pro Homolog muss entstehen, jedoch ist unklar, wie zwischen nicht-Crossover und Crossover entschieden und wie der korrekte zeitliche Ablauf dieser verschiedenen Rekombinationswege sichergestellt wird. In einer Suche nach Meiose-spezifischen, an Crossover akkumulierenden Proteinen identifizierten wir MES19 und fanden, daß MES19 für Crossover-Bildung und zeitlich korrekte Reparatur von Rekombinationsintermediaten von zentraler Bedeutung ist. Unsere Daten legen nahe, dass MES19 Rekombinationsintermediate zur Crossover-Bildung lenkt. Diese Hypothese werden wir testen um ein Modell zu entwickeln in dem MES19 und bekannte Crossover-fördernde Proteine im Rahmen der Crossover-Bildung und DNA Bruchreparatur integriert verstanden werden. Wir werden umfangreiche phänotypische und genetische Analyse Mes19-defizienter Mäuse zusammen mit anderen meiotischen Rekobinationsmutanten (z. B. Hei10, Cntd1, Mlh3) durchführen um funktionelle und epistatische Eigenschaften von MES19 zu bestimmen. Meiotische Rekombination wird in diesen Mausmodellen cytologisch analysiert anhand von Rekombinationsindikatoren und Tetradanalyse. Tetradanalyse stellt eine neue, sehr aussagekräftige Methode dar, die die direkte Analyse von Rekombinationsprodukten auf der DNA Sequenzebene und somit präzise Schlussfolgerungen zu Rekombinationscharakteristika erlaubt. Ergänzend werden wir Proteininteraktionen von MES19 mit Hilfe biochemischer Tests und des Yeast-2-Hybrid-Systems untersuchen. Diese vielseitigen Herangehensweisen werden uns wichtige Einsichten in die Mechanismen der Crossover-Bildung und DNA Bruchreparatur mit MES19 als zentralem Faktor der Säugermeiose liefern. Da korrekt ablaufende Meiose essentiell für menschliche Fertilität, genomische Stabilität und Vermeidung von Aneuploidien ist kommt diesem Projekt auch besondere reproduktionsbiologische und –medizinische Bedeutung zu.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen