Untersuchung der SUMOylierung des CLIP (chromatin linkage of INM protein) Komplexes in rDNA Lokalisierung und Stabilität

• Antragsteller: Professor Dr. Sigurd Braun
• Fachliche Zuordnung: Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung ; Biochemie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 401430508

Ziel dieses Vorhabens ist die Analyse der SUMOylierung eines Proteinkomplexes der inneren Kernmembran und der Funktion dieser Modifikation in der Kontrolle ribosomaler DNA (rDNA). Die Aufrechterhaltung der Genomintegrität ist essentiell für die zelluläre Funktion. Der rDNA Lokus in Saccharomyces cerevisiae besteht aus circa 150 Kopien, die in wiederholenden Einheiten und mit nahezu identischer Sequenz auf Chromosom XII organisiert sind. Aufgrund der repetitiven Anordnung kommt es innerhalb der rDNA-Einheiten häufig zu homologen Rekombinationen (HR), weshalb dieser Genlokus einer der instabilsten Regionen im Genom ist. Wenngleich die Primärfunktion von HR die Reparatur von DNA-Doppelstrangbrüchen (DSBs) ist, können unkontrollierte Rekombinationsereignisse schwerwiegende Folgen für die Zelle haben.Die Gefährdung der Genomintegrität spiegelt sich darin wider, dass die Rekombination innerhalb stark repetitiver Abschnitte spezifisch unterdrückt wird, wie zum Beispiel im Nukleolus und in pericentromeren Chromocentern. Dies geschieht durch den Ausschluss des HR-Apparates aus Heterochromatindomänen. Kommt es allerdings zu DSBs, muss der beschädigte Lokus zur DNA-Reparatur transient die heterochromatische Region verlassen. Dieser Relokalisierungsmechanismus ist von der Hefe bis zum Menschen konserviert. Wie einzelne repetitive Einheiten jedoch freigesetzt werden, ist bislang nur wenig verstanden.In S. cerevisiae wird die Lokalisierung der rDNA-Repeats innerhalb des Nukleolus durch Assoziation mit der inneren Kernmembran durch den Cohibin- und den CLIP (Chromatin Linkage of Inner nuclear membran Protein)-Komplex vermittelt. Die Abwesenheit von sowohl Cohibin als auch CLIP resultiert in der Destabilisierung der rDNA-Repeats. Aus unseren bisher unpublizierten Daten geht hervor, dass eine der CLIP-Untereinheiten, das Kernmembranprotein Nur1, SUMOyliert ist. Diese Modifikation tritt insbesondere nach DNA-Schädigung auf. Interessanterweise resultiert die Abwesenheit der Nur1-SUMOylierung in einer verstärkten Bindung zwischen CLIP und Cohibin und einer verminderten HR-Rate in den rDNA-Repeats. Darüber hinaus zeigen unsere Daten, dass die SUMOylierung von CLIP auch in der entfernt verwandten Hefe Schizosaccharomyces pombe vorkommt.In diesem Antrag wollen wir mit Hilfe genetischer und biochemischer Methoden die Hypothese überprüfen, dass rDNA-Schädigung zur SUMOylierung von CLIP führt und damit die Dissoziation von CLIP und Cohibin auslöst. Dies bewirkt und ermöglicht in weiterer Folge die Freisetzung und Relokalisierung des beschädigten rDNA-Abschnitts ins Nukleoplasma. Die Arbeitshypothese soll in den zwei phylogenetisch unterschiedlichen Modellorganismen S. cerevisiae und S. pombe, untersucht werden. Gerade mit Hinblick auf die bedeutende Rolle der Kernperipherie bei verwandten Chromatinprozessen werden diese Arbeiten wichtige Einblicke in die räumlichen Regulationsschritte und deren Konservierung bei der Reparatur von repetitiven Heterochromatin liefern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen