Funktionen des neu identifizierten meiotischen Proteins SCML1 und einer Meiose-spezifischen nukleären Struktur, dem Dense Body, in Mäusen

• Antragsteller: Professor Dr. Attila Tóth
• Fachliche Zuordnung: Zellbiologie
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 240457056

Die Bildung haploider Gameten hängt von Meiose-spezifischem Chromosomenverhalten und von der Regulation meiotischer Proteinexpression ab. Um neue Einsichten in die molekularen Grundlagen der Entstehung haploider Keimzellen zu gewinnen, führten wir eine spezifische Suche nach Proteinen mit potenziell essentiellen Funktionen in meiotischen Prozessen durch. Unter anderem entdeckten wir ein unbeschriebenes Protein, welches wir als Maus-Ortholog des humanen SCML1 ermitteln konnten, ein Protein mit noch unbekannter Funktion. SCML1 ist Bestandteil einer Meiose-spezifischen RNA-reichen nukleären Struktur, dem Dense Body (DB). DBs entstehen im Säuger, so auch im Menschen, während der Prophase I der Meiose. Obgleich Zusammensetzung und Funktion der DBs rätselhaft sind, gibt es neue Hinweise auf eine Rolle der DBs in entscheidenden Aspekten der Meiose, z. B. in der Biologie von small non-coding RNAs (smRNAs) und der transkriptionellen Inaktivierung der Gonosomen in Spermatocyten.Unsere Ergebnisse zeigen, dass ektopisch exprimiertes SCML1 in somatischen Zellen DB-ähnliche Strukturen generieren kann, weshalb wir vermuten, dass SCML1 ein Strukturprotein der DBs sein könnte. Wir beabsichtigen daher SCML1 zu analysieren und so die Struktur und Funktion der DBs zu studieren. Die Funktionen von SCML1 werden wir anhand der Meiose/Gametogenese in Scml1"Knockout" Mäusen untersuchen, die wir aus unserem kürzlich erstellten Mausstamm mit konditional deletierbarem Scml1 Allel generieren. Insbesondere werden wir uns mit möglichen Rollen von SCML1 im Metabolismus meiose-spezifischer smRNAs und/oder im Transposon-Silencing sowie in der transkriptionellen Inaktivierung der Gonosomen befassen. Die letzteren zwei sind essentielle meiotische Prozesse, die mit der Biologie von smRNAs in Verbindung gebracht wurden. Wir planen die Aufreinigung DB/SCML1 enthaltender RNA-Protein-Komplexe, um die in DBs akkumulierenden Proteine und RNA-Spezies zu beschreiben, was für das Verständnis der Rolle von DBs in der RNA-Biologie der Meiose wesentlich ist. Als Teil dieser Experimente werden wir die RNA-Zusammensetzung der SCML1 enthaltenden RNA-Protein-Komplexe in Wildtyp und Mutanten, welche Abnormalitäten im meiotischen RNA Metabolismus aufweisen, vergleichen. Um identifizierte SCML1-Protein-Interaktionen zu charakterisieren und die molekularen Grundlagen der SCML1 vermittelten Bildung DB-ähnlicher Strukturen zu untersuchen, werden wir außerdem Yeast-two-hybrid und biochemische Methoden einsetzen.Ich erwarte dass diese Experimente Funktionen von SCML1 und DBs in der Meiose aufzeigen werden und uns damit ein besseres mechanistisches Verständnis der Rolle von DBs in der meiotischen smRNA-Biologie und verwandten Prozessen ermöglichen. Wahrscheinlich werden sich diese Experimente auch auf unser Verständnis der humanen reproduktiven Gesundheit auswirken, da smRNAs für den Schutz der Keimbahn vor Transposons verantwortlich gemacht werden und entscheidende Rollen in der Gametogenese spielen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen