Kontrolle der Bildung meiotischer DNA Brüche in Säugern durch zentrale chromosomale Achsenkomponenten IHO1 und HORMAD1

• Antragsteller: Professor Dr. Attila Tóth
• Fachliche Zuordnung: Zellbiologie ; Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 236843383

Die Bildung haploider Gameten erfordert die Segregation homologer Chromosomen (Homologe) während der ersten meiotischen Reifeteilung. Diese Segregation benötigt die durch Crossovers gewährleistete physische Verbindung der Homologen. Ein spezifischer Rekombinationsprozess, der mit der Bildung programmierten DNA Doppelstrangbrüche (DSBs) in der Prophase I beginnt, generiert Crossovers. Mehrere DSBs werden entlang jeder Chromosomenachse eingeführt, initiieren die Paarung von Homologen und schliesslich deren Synapsis. Crossovers werden während der Reparatur der DSBs gebildet. Die potentielle Genotoxizität der DSBs bei Unverzichtbarkeit an Crossover erfordert strikte Kontrolle der DSB-Bildung, die nur in ungepaarten Chromsomenachsen stattfindet um deren Synapsis zu ermöglichen. Wir konnten kürzlich IHO1 als ein mit ungepaarten Achsen assoziiertes, für die DSB-Bildung essentielles Protein beschreiben. In unserem Modell hängt die Rekrutierung von IHO1 zu Chromosomenachsen weitgehend von dessen Interaktion mit HORMAD1 ab, das ungepaarte Achsen bindet. Unsere Hypothese besagt daher, dass die IHO1-HORMAD1 Interaktion zentral ist für den Mechanismus, der die DSB-Bildung auf Chromosomenachsen begrenzt. Unsere Daten legen nahe, dass die Regulation der IHO1-HORMAD1-Interaktion und die daraus folgende Modulation der Achsenassoziation von IHO1 die DSB-Bildung blockiert (1) in synaptischen Chromosomenachsen, (2) in der Nachbarschaft existierender DSB, und (3) in fortgeschrittener Prophase I in der die Homologiesuche beendet wird. Somit erscheint IHO1sehr wichtig, um die Keimbahn vor exzessiven DSB zu schützen.Dieses Modell soll getestet und die molekularen Mechanismen der Regulation von IHO1 identifiziert werden. Ein zentrales Ziel ist, die Bedeutung der IHO1-HORMAD1 Interaktion und IHO1 Achsenassoziation zu definieren. Mittels Crispr/Cas9 generierten wir IHO1 Mutanten mit spezifischen Defekten in der HORMAD1 Interaktion und Achsenlokalisation. Diese Mutanten und weitere die Funktion und Regulation von IHO1 und HORMAD1 betreffende Mutanten sollen nun analysiert werden. Interaktionsstudien zu IHO1 sollen hinzutreten, um ein umfassendes Verständnis der Funktion und Regulation von IHO1 zu erzielen.Diese Experimente werden einen wesentlichen Beitrag zum Verständnis der Logik und der räumlich-zeitlichen Kontrolle der DSB Bildung liefern. Da die korrekte Kontrolle der Rekombination für die Aufrechterhaltung genomischer Integrität der Keimbahn essentiell ist und da fehlerhafte Rekombination u.a. zu Aneuploidien führen kann werden die erwarteten Ergebnisse von besonderer Bedeutung auch für die reproduktive Gesundheit des Menschen sein.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen