Weiterführende strukturelle Analyse der männlichen Meiose in C. elegans

• Antragsteller: Professor Dr. Thomas Müller-Reichert
• Fachliche Zuordnung: Zellbiologie ; Strukturbiologie
• Förderung: Förderung seit 2015
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 282354882

Die Meiose ist ein fundamentaler, biologischer Prozess in allen sich sexuell reproduzierenden Organismen. Sie bewirkt in den Keimzellen eine Halbierung des Chromosomensatzes und generell eine Erhöhung der genetischen Variabilität. Im Rahmen des vorhergehenden Antrags wurde die meiotische Chromosomensegregation in Männchen des Tiermodells Caenorhabditis elegans untersucht. Wir konnten zeigen, dass die Segregationsverzögerung des einzelnen X-Chromosoms, ein Charakteristikum der Anaphase I in Männchen, durch das Fehlen der Möglichkeit zur Chromosomenpaarung verursacht wird. Das ungepaarte Chromosom bleibt während der Anaphase in Wildtypmännchen durch sich verlängernde Mikrotubuli, die unter Zugspannung stehen, mit den Zentrosomen verbunden, wozu der Mechanismus eines ‚Tauziehens’ zur Verteilung des X-Chromosoms beitragen könnte. Unter weiterer Nutzung der Vorteile des Modellorganismus’ C. elegans sollen unsere Untersuchungen zur Meiose mittels einer Kombination aus Lebendzellbeobachtung und Elektronentomographie nun auf Männchen mit einer Mutation in Dynein ausgeweitet werden. Dynein ist ein ‘universeller‘, zum Minusende der Mikrotubuli hin gerichteter, molekularer Motor, der essenziell für die Mitose und die Mitose ist. Die genaue Rolle von Dynein während der Segregation der Chromosomen ist bisher aber unvollständig verstanden. Wir schlagen deshalb vor: 1) die Ultrastruktur der späten Anaphase I-Spindeln in Wildtypmännchen drei-dimensional (3D) zu rekonstruieren, 2) Lebendzellbeobachtungen in Spermatozyten in dyneinmutierten Männchen durchzuführen, 3) die 3D-Ultrastruktur der Anaphase I-Spindlen in Männchen der Dyneinmutante zu analysieren, 4) die Rolle der Membraneinstülpung bei der Bestimmung der Richtung der X-Chromosomensegregation in Spermatozyten in Wildtypmännchen zu bestimmen, und 5) das vorgeschlagene Modell des ‚Tauziehens‘ weiterzuentwickeln. Diesem Modell entsprechend, erwarten wir, dass ein Unterschied in der Anzahl der an beiden Seiten assoziierten Kinetochormikrotubuli die Segregation des X-Chromosoms zu einem der beiden Spindelpole hin initiiert. Die Seite mit der höheren Anzahl an assoziierten Kinetochormikrotubuli sollte dabei das Tauziehen ‚gewinnen‘. Weiterhin ist zu erwarten, dass die Spermatozyten der Dyneinmutante eine veränderte Chromosomendynamik und auch eine Veränderung im Muster der Assoziierung der Mikrotubuli mit den Kinetochoren zeigen. Darüber hinaus erwarten wir, dass der Einstülpung der Membran während der Zytokinese in Bezug zur Richtungsentscheidung der X-Chromosomensegregation eine ‚finalisierende‘ Rolle zukommt. Die gewonnenen Ergebnisse werden unser Verständnis der Architektur und Funktion der meiotischen Spindeln in C. elegans wesentlich erweitern. Unsere Ergebnisse werden so auch signifikante Erkenntnisse über die Rolle von Dynein während der Chromosomensegregation in anderen Systemen, inklusive menschlicher Zellen, erbringen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen