Funktionen und Regulationen von Separase bei der Aufrechterhaltung der Genomischen Integrität

• Antragsteller: Professor Dr. Olaf Stemmann
• Fachliche Zuordnung: Zellbiologie ; Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung ; Biochemie
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 210505190

Mutationen und strukturelle und numerische Aberrationen stellen eine Bedrohung der Genomintegrität dar und resultieren aus DNS Schädigung und Chromosomenfehlverteilung. Zellen haben effiziente DNS Reparaturmechanismen und vielschichtige Regulationen der Schwesterchromatidtrennung evolviert. In beiden Prozessen nimmt Separase eine Schlüsselstellung ein. Durch Spaltung der Scc1-Untereinheit von Cohesin, einem molekularen Ring, der die Schwesterchromatidpaarung vermittelt, löst sie alle eukaryontischen Anaphasen aus. Hefe-Separase hat eine zusätzliche Aufgabe bei der Reparatur von DNS Doppelstrangbrüchen (DSBs). Die Separaseaktivität muss streng kontrolliert werden, um vorzeitigen Kohäsionsverlust zu vermeiden. Vertebraten-Separase wird durch die Assoziation mit Securin oder Cdk1-Cyclin B1 bis zum Metaphase-Anaphase Übergang inaktiv gehalten. Dann vermittelt ein E3, der APC/C, die Ubiquitin-abhängige Zerstörung von Securin und Cyclin B1. Der APC/C wird durch einen Überwachungsmechanismus, SAC, kontrolliert, der die Mad2-abhängige Inhibition des APC/C katalysiert, bis alle Chromosomen bipolar angeheftet sind.Mauszellen, denen Securin und die Cdk1-Cyclin B1-abhängige Regulation von Separase fehlen, sind dennoch lebensfähig, was zeigt, dass zusätzliche Regulationen existieren. Basierend auf der Literatur und vorläufigen Daten könnten die folgenden 3 APC/C-unabhängigen Regulationen der Anaphase existieren und werden dementsprechend hier untersucht: 1) Humane Separase enthält ein Kernexportsignal, das in Gegenwart von RanGTP durch CRM1 gebunden wird. Da Cohesin und RCC1, Ran's GEF, chromosomal gebunden sind, wird getestet, ob CRM1 Separase an mitotischen Chromosomen bindet und reguliert. 2) Wie durch genetische Experimente in der Maus impliziert, werden wir untersuchen, ob der SAC eine Proteinphosphatase reguliert, die wiederum Separase steuert. 3) Sgo1 beschützt zentromerisches Cohesin vor Proteolyse-unabhängiger Entfernung in der Prophase. Somatische Zellen exprimieren auch Sgo2, aber seine Rolle in der Mitose ist unklar. Wir postulieren, dass Sgo2 ein Interaktor und Inhibitor von humaner Separase ist, und dass seine protektive Funktion gegenüber zentromerischem Scc1 bisher nicht entdeckt wurde, weil es normalerweise inaktiviert wird, bevor Separase von Securin befreit wird. Wir werden ferner die attraktive Möglichkeit prüfen, dass erst die SAC-abhängige Bindung von Mad2 an Sgo2 Letzteres zu einem Separaseinhibitor macht.In einem weiteren Teilprojekt werden wir vorläufige Beweise verfolgen, die andeuten, dass humane Separase eine wichtige Funktion in der Reparatur von DSBs hat. Es wird insbesondere geklärt werden, ob Separase für non-homologous end joining oder homology directed repair notwendig ist, und ob sie Scc1 lokal schneidet, um die Reparatur zu ermöglichen. Schließlich werden wir unsere Arbeitshypothese testen, dass hierarchisch wirkende post-translationale Modifikationen die Route von Separase in den Kern und zu DSBs steuern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen