Regulation of paternal inheritance of an Argonaute protein in C. elegans

• Antragsteller: Professor René Ketting, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Zellbiologie ; Biochemie ; Entwicklungsbiologie
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 420526853

Die sexuelle Reproduktion setzt die Ausbildung von Keimzellen zur Rekombination genetischer Information zweier Individuen voraus. Dabei ist der Prozess der Meiose entscheidend, um die Ploidie zu reduzieren. Im Laufe dieser speziellen Form der Kernteilung erfolgt eine umfangreiche Zelldifferenzierung, welche hoch differenzierte Keimzellen, auch Gameten genannt, hervorbringt. Die Verschmelzung zweier Gameten unterschiedlichen Geschlechtes bildet die Zygote. Diese Zelle besitzt das Potential einen gesamten Organismus zu entwickeln, welcher genetische Information in Form von Chromosomen von beiden Elternteilen besitzt. Neben der DNA werden jedoch noch viele weitere zelluläre Komponenten vererbt, die essenziell zur weiteren Entwicklung sind. Dabei ist zu erwarten, dass der maternale Beitrag dominiert, da weibliche Gameten (Eizellen) wesentlich größer sind als männliche Gameten (Spermien). In der Tat ist die maternale Vererbung ein bekannter Aspekt in der Entwicklung von C. elegans und viele sogenannte „Maternaleffekt“-Gene wurden über genetische Studien identifiziert. Interessanterweise hat die paternale Vererbung von zellulärem Material einen ebenso signifikanten Einfluss auf die Entwicklung der Zygote. So konnte beispielsweise in Mäusen gezeigt werden, dass Adipositas oder Unterernährung paternal an die nächste Generation übertragen werden kann. Solch paternale Vererbung ist insbesondere bemerkenswert, da während der Spermatogenese ein beachtlicher Teil vom zellulären Material ausgesondert wird. Folglich ist es sehr wahrscheinlich, dass die Vererbung eines spezifischen Moleküls auf einem Prozess beruht der eben jene Moleküle aktiv in den männlichen Keimzellen bewahrt. In diesem Forschungsantrag beschreibe ich unsere Identifikation einer neuen Phasen-separierten Struktur, welche durch das Protein PEI-1 definiert ist. PEI-1 ist erforderlich um das Protein WAGO-3 vor der Aussortierung in heranreifenden Spermien zu schützen und somit dessen Präsenz in reifen, männlichen Gameten zu gewährleisten. WAGO-3 gehört zur Familie der sogenannten Argonaute Proteine und ist im Zusammenspiel mit kurzen, nicht-codierenden RNA Kofaktoren für die Genregulation verantwortlich. Die Weitergabe von WAGO-3 durch das Spermium in den Embryo hat funktionale Relevanz für Prozesse während der Embryogenese und die Regulation von WAGO-3 durch PEI-1 repräsentiert einen wichtigen Schritt in der transgenerationalen Vererbung von extra-chromosomaler Information in Form von kurzen, nicht-codierenden RNAs. Die beschriebenen Studien richten sich in erster Linie auf die Charakterisierung der Interaktion zwischen PEI-1 und WAGO-3, sowie der Erhaltung von WAGO-3 während der Spermatogenese. Des Weiteren dienen die hier unterbreiteten Experimente der Klärung der beobachteten WAGO-3 Lokalisation in unterschiedlichen Phasen-separierten Kompartimenten in Abhängigkeit vom Entwicklungsstadium und der Assoziation mit RNA Kofaktoren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen