Paarung homologer Chromosomen in der Meiose

• Antragstellerin: Dr. Simone Köhler
• Fachliche Zuordnung: Zellbiologie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 495429102

Meiose ist ein spezieller Zellteilungsprozess, bei dem haploide Gameten aus diploiden Vorläuferzellen erzeugt werden, der die sexuelle Fortpflanzung bei Eukaryoten ermöglicht. Für diesen Zellteilungsprozess müssen die homologen Chromosomen zunächst paarweise angeordnet werden, was anschließend durch die Ausbildung des synaptonemalen Komplexes und homologer Rekombination stabilisiert wird, und die korrekte Teilung der homologen Chromosomen ermöglicht. Fehler in der Paarung homologer Chromosomen führt so zu Unfruchtbarkeit oder angeborenen Chromosomendefekten. Es ist jedoch weiterhin unklar, wie meiotische Zellen die korrekte Paarung der Chromosomen sicherstellen. In C. elegans wird die homologe Paarung hauptsächlich durch spezifische Chromosomenregionen (pairing center Regionen) vermittelt, die spezifische Proteine (pairing center Proteine) rekrutieren. Allerdings sind nur vier verschiedene Proteine für die Paarung von sechs verschiedenen Chromosomenpaaren verantwortlich. Dies wirft die Frage auf, wie sich homologe Chromosomenpaare zuverlässig finden können.Unser Labor hat kürzlich entdeckt, dass RNA bei der homologen Paarung in C. elegans eine Rolle spielt: Wir zeigten, dass RNA-Moleküle mit pairing-center-spezifischen Sequenzen, an den Stellen lokalisiert ist, an denen homologe Chromosomen zuerst paarweise angeordnet werde. Gleichzeitig sind diese RNA-Moleküle für die robuste und rechtzeitige Paarung erforderlich. Basierend auf diesem - noch unveröffentlichten Befund - schlagen wir nun vor, zu untersuchen, wie RNA Moleküle die Paarung homologer Chromosomen ermöglichen können, was für den Erfolg der Meiose entscheidend ist. Zu diesem Zweck wollen wir zunächst mithilfe von Next-Generation Sequenzierungsmethoden (Tag-seClip-seq oder RNAseq) ermitteln, welche RNA-Moleküle an Stellen homologer Chromosomenpaarung in C. elegans lokalisiert sind. Anschließend werden wir die Funktion dieser RNAs für die homologe Chromosomenpaarung mittels gezielter Veränderungen des Erbguts, sowie zytologischen und genetischen Studien direkt untersuchen. Mit Hilfe von biochemischen, bioinformatischen und genetischen Werkzeugen, werden wir dann überprüfen, wie diese RNA-Moleküle mit den pairing-center Proteinen interagieren. Wir vermuten, dass diese Interaktion für die Paarung homologer Chromosomen erforderlich ist. Gleichzeitig werden wir die paarweise Anordnung homologer Chromosomen mit superauflösender Mikroskopie untersuchen, um zu verstehen, wie Chromatin, Proteine und RNA interagieren, um die homologe Paarung zu ermöglichen. Wir erwarten, dass die Ergebnisse unserer Studien ein neues Licht auf die zentrale Frage auf diesem Gebiet werfen werden, nämlich wie Chromosomen Homologie erkennen können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen