Komplettierung der DNA-Bruchreparatur und Crossover-Bildung während der Säugermeiose: die zentralen Funktionen des unbeschriebenen Proteins MES19
Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung
Zusammenfassung der Projektergebnisse
In der Meiose führen zwei aufeinander folgende Zellteilungen von diploiden Zellen zu haploiden Gameten. Während der ersten meiotischen Teilung müssen von mütterlicher und väterlicher Seite stammende homologe Chromosomen (“Homologe”) segregieren. Um Segregationsfehler zu vermeiden müssen die Homologen physische Verbindungen durch Crossover eingehen, die durch Rekombination in der Prophase I entstehen. Meiotische Rekombination beginnt mit der spezifischen Bildung von DNA-Brüchen (etwa 200 bis 400 Brüche/Zelle in Mäusen). Einzelsträngige DNA-Enden dieser Brüche paaren mit entsprechenden homologen Abschnitten der Homologen. Die meisten der DNA-Brüche werden durch nicht-Crossover Rekombination repariert, die nur lokale Genkonversionen aber kein Crossover generiert. Nur sehr wenige DNA-Brüche, meist ein oder zwei pro Homolog pro Zelle in Mäusen, resultieren in Crossover. Mindestens ein Crossover pro Homolog muss entstehen, jedoch ist unklar, wie zwischen nicht-Crossover und Crossover entschieden und wie der korrekte zeitliche Ablauf dieser verschiedenen Rekombinationswege sichergestellt wird. Wir identifizierten MES19 (offizielle Bezeichnung: PRR19) in einem Screening als ein Meiose-spezifisches Protein, das sich an Crossover-Stellen anreichert. Unsere bisherigen Daten zeigten, dass PRR19 für die Crossover-Bildung entscheiden ist, aber dessen genaue Rolle blieb unklar. Veröffentlichte Daten zeigten, dass die Differenzierung und Reifung von Crossover-spezifischen Rekombinationsintermediaten das Cyclin-ähnliche CNTD1 erfordert. In diesem von der DFG geförderten Projekt konnten wir zeigen, dass PRR19 wie CNTD1 für die zeitnahe DSB-Reparatur und die Bildung von Crossover-spezifischen Rekombinationskomplexen erforderlich ist. PRR19 und CNTD1 co-lokalisieren an Crossover-Stellen, interagieren physisch und sind für die Akkumulation voneinander abhängig, was auf eine Partnerschaft zwischen PRR19 und CNTD1 beim Crossover hinweist. Darüber hinaus zeigen wir, dass CNTD1 mit einer Cyclin-abhängigen Kinase, CDK2, interagiert, die sich ebenfalls in Crossover-spezifischen Rekombinationskomplexen anreichert. Daher gehen wir davon aus, dass der PRR19-CNTD1-Komplex die Bestimmung/Differenzierung von Rekombinationsintermediaten zu Crossover durch die Regulierung von CDK2 ermöglicht. Darüber hinaus haben wir ein Netzwerk aus direkten Interaktionen zwischen PRR19-CNTD1 und anderen Pro-Crossover-Proteinen (z. B. MSH4, MLH3, HEI10 und RNF212) aufgedeckt, das PRR19-CNTD1 in den Mittelpunkt der meiotischen Crossover-Kontrolle stellt. Zusammengenommen liefern unsere Daten ein Modell (und wichtige Informationen für weitere Studien) für das molekulare Netzwerk, das der meiotischen Crossover-Bildung bei Säugetieren zugrunde liegt und das für das Verständnis der menschlichen Reproduktionsbiologie und ihrer medizinischen Implikation von großer Bedeutung ist.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Proline-rich protein PRR19 functions with cyclin-like CNTD1 to promote meiotic crossing over in mouse. Nature Communications, 11(1).
Bondarieva, Anastasiia; Raveendran, Kavya; Telychko, Vladyslav; Rao, H. B. D. Prasada; Ravindranathan, Ramya; Zorzompokou, Chrysoula; Finsterbusch, Friederike; Dereli, Ihsan; Papanikos, Frantzeskos; Tränkner, Daniel; Schleiffer, Alexander; Fei, Ji-Feng; Klimova, Anna; Ito, Masaru; Kulkarni, Dhananjaya S.; Roeder, Ingo; Hunter, Neil & Tóth, Attila
