Rolle der Kernhülle während der Prophase Ider ersten meiotischen Teilung in C. elegans

Während der Meiose müssen homologe Chromosomen von jedem Elternteil zueinander finden, synapsieren und rekombinieren bevor sie in die Gameten verteilt werden können. Defekte in diesem Prozess führen zu Chromosomenfehlverteilungen und Aneuploidien. Um den korrekten Partner zu finden, bewegen sich C. elegans Chromosomen in einem begrenzten Bereich im Zellkern, wobei die Telomere an die Kernhülle geheftet sind. Dieses Phänomen gleicht dem oft beobachteten meiotischen Chromosomenbouquet. Bei diesem findet man Telomere lokal konzentriert an der Kernperipherie. Chromsomen werden mittels zytoskeletaler Kräfte bewegt, die über die SUN/KASH Brücke über die Kernbembranen übertragen wird. Störung der Chromosomenbewegung führt zu nicht homologer Synapsis. Das Keimbahn C. elegans Protein Matefin/SUN-1 spielt eine konservierte tragende Rolle bei der Chromosomenbewegung. Während des Leptoten/Zygoten Stadiums wird SUN-1 an seinem Aminoterminus, welcher im Kern lokalisiert, an mehreren Serinen phosphoryliert (6-7 Serine). Parallel dazu kann man "geclustertes Chromatin", "Chromosomen-Attachment-Plaques" und Chromosomenbewegung beobachten. Wenn man die Phopspho-Aminosäuren zu "Phospho-mimetics" mutiert, werden die "Chromosomen-Attachment-Plaques" nicht aufgelöst. Die SUN-1 Phosphorylierung definiert daher das Zeitfenster der Chromosomenbewegung und reguliert auch noch den Fortgang der Homologen Rekombination. Aktuelle Daten schlagen vor, dass individuelle "Phospho- sites" sich in der Lokalisierung und im Phänotyp unterscheiden, wenn mutiert. Nichtsdestotrotz werden sie alle von der CHK-2 Kinase reguliert. Neben anderen Defekten, werden in chk-2 keine SUN-1 Aggregate beobachtet. Interessanterweise kann eine "Phospho-mimetics" Mutation (S12E) den Phenotyp der chk-2 kinase Mutante nicht retten. Dies ist ein starkes Argument, dass CHK-2 auch andere Substrate neben SUN-1 haben muss. Mit diesem Projekt wollen wir unser Wissen über die SUN-1 Phosphorylierungsstellen erweitern. Wir möchten verstehen, wie funktionelle Unterschiede und hierarchischen Abhängigkeiten der SUN-1 "Phospho-sites" die Eigenschaften der Kernhülle verändern. Wir wollen die Verbindung von SUN-1 zu den Chromosomenenden finden. Weiters möchten wir lernen, ob und wie SUN-1 Dimerisation SUN-1 Aggregatbildung beeinflusst. Eine Phosphorilierungsstelle ist besonders bemerkenswert (Serin 12). Ein bestimmtes Synapsis abhängiges Rekombinationsintermediat auf jedem Chromosom schein die kernweite Dephosphorylierung von SUN-1 zu regulieren. Dieses könnte Bestanteil jenes Kontrollmechanismus sein, der sicherstellt, dass jedes Chromosom mindestens ein "Cross-over" erhält. Das ungepaarte X Chromosom in den Männchen muss eine Strategie entwickelt haben, um dieser Kontrolle zu entgehen, ein Phänomen welches wir genauer studieren möchten.

Die Meiose ist durch zwei aufeinanderfolgende Zellteilungen definiert und wird bei der Generierung von hapoloiden Keimzellen eingesetzt. Während der ersten meiotischen Teilung wird eine physische Verbindung zwischen den elterlichen Chromosomen auch Crossover genannt-hergestellt. Während der Ausbildung dieser Crossovers, werden Chromosomen mit Hilfe der SUN/KASH Brücke bewegt. Diese überbrückt die Kernmembranen und verbindet die Chromsoomen mit Kräften im Zytoplasma. Durch diese Bewegung werden Chromosomen durchmischt, elterliche Chromosomen zusammengebracht und ungewünschte Verbindungen unterdrückt. Fehlerhafte Chromosomen Verteilung während der Meiose führt zu Unfruchtbarkeit, Fehlgeburten und Syndromen, die mit geistiger Zurückgebliebenheit einher gehen. Im Rahmen dieses Projektes haben wir eine Studie durchgeführt in der wir zeigen konnten, dass SUN-1( als Komponente der meiotischen SUN/KASH Brücke) Teil eines meiotischen Überwachungssystems ist, das den Prozess der Crossover Ausbildung übwerwacht und daher Chromosomenbewegung mit der Crossover Ausbildung koordiniert. SUN und KASH Proteine befinden sich in der inneren bzw. äusseren Kernmembran. Sie interagieren im Membranzwischenraum und formieren somit den Linker of Nucleoskeleton and Cytoskeleton (LINC) Komplex. LINC Komplexe unterstützen verschiedene biologische Prozesse, indem sie Chromosomen mit zytoplasmatischen Kräften verbinden. Im Rahmen dieses Projektes haben wir auch gezeigt, dass die coiled-coil Domainen von SUN-1 für die Oligmerisierung von SUN-1 gebraucht werden. Die Oligomerisierung scheint daher wichtig zu sein, um das Protein effizient in der Kernhülle zu verankern, speziell während der weiblichen Gametogenese. Wegnahme der coiled-coil Domainen führt dazu, dass SUN-1 sensitive auf unilaterale Kräfteeinwirkung wird und das Protein die Kernhülle verlässt. Verlust von SUN-1 aus der Kernhülle in den Oozyten führt zum Tod der Embryonen, da diese den Vorrat an SUN-1 aus den Oozyten brauchen, um die Zentrosomen an der Kernhülle zu befestigen. Im Gegensatz zu vorangegangenen Modellen, konnten wir hier zeigen, dass die coiled-coil Domainen nicht gebraucht werden, um einen funktionellen LINC Komplex auszubilden, der für Chromosomen Bewegung gebraucht wird.