Entstehung neuer Mutationen während der Meiose

Rekombination findet in kleinen lokalisierten Regionen statt die nicht länger als 0.5-2 Kilobasen sind und als Hotspots bekannt sind. Die Rekombinationsaktivität in Hotspots kann zwischen verschieden Menschen sehr unterschiedlich sein. Auch auf eine längere evolutionären Zeit hingesehen, sind manche Hotspots sogar nur in bestimmten Bevölkerungsgruppen zu finden und nur ein Bruchteil von Hotspots werden zwischen Menschen und unseren nähersten Verwandten, den Schimpansen geteilt. Es ist nicht bekannt was die Rekombinationsaktivität in Hotspots beeinflusst. Neue Ergebnisse haben erwiesen das Prdm9, eine Methyltransferase das DNA mit seinen Zink-Fingern kontaktiert und die Aktivität von Hotspots reguliert. Die Sequenz von Prdm9 ist sehr variable speziell in den Aminosäuren die das DNA kontaktieren. Diese Entdeckung ist sehr relevant weil es darauf hinweist das DNA Sequenzen eine wichtige Rolle in der Rekombinationsaktivität spielen, und das die Modifizierung von diesen Sequenzen mit einem bestimmten Mechanismus entgegengewirkt werden. Die Frage steht aber warum diese DNA Sequenzen so variabel sind und so sich so schnell verändern. Es wird argumentiert dass der Rekombinationsprozess zu neuen Mutationen führen kann. Diese Mutationen könnten eine wichtige Rolle in der Evolution von Hotspots spielen. Um die Mutationsaktivität und Evolution von Hotspots richtig zu verstehen, wird in diesem Antrag vorgeschlagen, die Beziehung zwischen Mutation und Rekombination zu analysieren. Einzelne Rekombinationsprodukte von männliche Samenzellen werden amplifiziert und sequenziert, um neue Mutationen die während der Meiose eingeführt wurden zu entdecken. Die Mutationsrate, wie auch die Art der Mutationen, wird charakterisiert werden. Die Ergebnisse dieses Antrages werden zum ersten Mal experimentell beweisen, dass Hotspots für Rekombination auch Hotspots für Mutationen sind. Der Beweis das Mutationen und Rekombination abhängig voneinander sind, wird unsere Anschauung wie diese zwei genetische Mechanismen unser Genom verändern, tief beeinflussen.

Mutationen sind die Ursache vieler Erbkrankheiten. Sie manifestieren sich als sehr seltene Sequenzabweichungen in unser Erbgut. Ein wichtiger Prozess der Mutationen foerdern koennte ist die Meiose, ein wesentlicher Teil unserer sexuellen Fortpflanzung, die in Rekombinationszentren stattfindet. Das Erbgut innerhalb dieser Rekombinationszentren veraendert sich sehr schnell, aber warum verblieb bisher ungeloest. Ziel dieser Forschung war es zu analysieren wie und ob die sexuelle Zellteilung neue Mutationen in unser Erbgut hervorruft. Fuer diesen Zweck haben wir eine hochsensitive Methodik entwickelt die seltene neue Mutationen in einzelnen Rekombinationsmolekuelen zaehlen kann, um somit die Menge und Art der Mutationen exakt messen zu koennen. Mit der Auswahl von verschiedenen Probanden, sowie auch die Analyse von verschiedenen Rekombinationsprodukte koennen wir weiter untersuchen welche Prozesse die Mutationen einfuehren und welche Auswirkungen diese Mutationen in der Evolution im unseren Erbgut haben. Die Analyse von bestimmten Teilen unseres Erbguts fuehrt zu einem besseren Verstaendnis ob auch andere biologischen Prozesses diesen erhoehten Mutationsvorgang foerdern oder hemmen. Die Ergebnisse unserer Forschungsarbeit fanden einen Zusammenhang zwischen Mutationen und der sexuellen Zellteilung. Obwohl Mutationen und auch Rekombinationsprodukte in einzelnen Rekombinationszentren sehr selten sind, gelang es uns genuegend Daten zu sammeln die beweisen dass die Meiose ein Motor fuer neue Mutationen ist. Zusaetzlich wissen wir damit jetzt auch genau wie viele Mutationen entstehen. Wir haben auch mit unseren Daten zufaellig entdeckt, dass es waehrend der Meiose auch einen nicht symmetrischen DNA Austausch gibt, der den Effekt der Mutationen entgegenwirkt, was auch ein sehr wichtiges Ergebnis ist! Wir konnten erstmals experimentell beweisen, dass Rekombinationszentren auch Hotspots fuer Mutationen sind. Es bestand schon laenger die Vermutung, dass Rekombination zu neuen Mutationen fuehrt, aber die bisher publizierten Studien hatten keinen Zusammenhang gefunden. Nur durch die direkte Analyse einzelner Rekombinationsprodukte war es moeglich einen direkten Zusammenhang zu beweisen. Zusaetzlich konnten wir auch beweisen, dass ein weiterer biologischer Mechanismus in der Meiose stattfindet, der die Veraenderungen unseres Erbguts durch Mutationen entgegenwirkt. Letztendlich basieren viele Theorien in der Evolutionsbiologie auf der Annahme dass Rekombination unabhaengig von Mutationen ist, welche nun aufgrund dieser Erkenntnisse neu ueberdacht werden muessen.