Aufklärung der funktionellen Rolle von A. thaliana KNL2 zur epigenetischen Regulation der Kinetochore-Ausbildung in Pflanzen

• Antragstellerin: Dr. Inna Lermontova
• Fachliche Zuordnung: Genetik und Genomik der Pflanzen
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 417658620

Für eine korrekte Verteilung der Chromosomen während der Zellteilung ist in den meisten eukaryotischen Organismen die zentromerische Histon H3 Variante (CenH3) erforderlich. Das Einlagern von CenH3 in die Zentromere ist ein mehr-stufiger Prozess, der nicht von spezifischen DNA Sequenzen, sondern vom epigenetischen Status des centromerischen Chromatins und verschiedenen Bildungs-Faktoren, abhängt. Die deregulierte Expression von CenH3 und der inkorrekte Einbau in die Zentromere verursachen mitotische und meiotische Defekte in Pflanzen und Tieren. Obwohl viele Publikationen zur Regulierung des CenH3-Einbaues bei Tieren (bei Pflanzen ist weniger bekannt) existieren, ist es erforderlich diesen mehr-stufigen Prozess detaillierter zu untersuchen.Vor kurzem haben wir den ersten pflanzlichen CenH3 Bildungs-faktor KNL2 identifiziert und charakterisiert. Wir zeigten, dass das Abschalten von KNL2 zu einem verringerten CenH3-Gehalt in den Zentromeren, reduzierter DNA-Methylierung und Defekten in Mitose und Meiose führen, die reduziertes Wachstum und verringerter Fertilität induzieren. Im Rahmen des beantragten Projektes zielen wir darauf ab, die epigentische Regulierung des CenH3-Einbaues und der Kinetochore-Bildung in der Modellpflanze Arabidopsis thaliana zu analysieren und dabei die Rolle des Proteins KNL2 in diesem Prozess aufzuklären.Wir werden untersuchen i) wie in epigenetischen Mutanten ein verändertes Niveau der DNA- und H3K9- Methylierung der Einbau von CenH3 in das Zentromer und zusätzlich weitere Kinetochor-Proteine beeinflußt werden, ii) wie das Abschalten des zentromer-bildenden Faktors KNL2 die Methylierung des gesamten Arabidopsis Genomes beeinflusst und iii) wie das direkte Targeting der epigenetischer Faktoren MET1 und VIM zum Zentromer die Kinetochor-Bildung und Funktion im Verlauf des Zellzyklus regulieren. Dieses Wissen ist erforderlich um i) den Mechanismus der Bildung und Funktion der Kinetochore-Protein-Komplexe am Zentromer zu verstehen, ii) künstliche Zentromere für Chromosomen-Konstruktion zu erzeugen und iii) die Effizienz zur Erzeugung von Haploiden für einen beschleunigten Pflanzenzüchtungsprozess, basierend auf Zentromer-Manipulation, zu verbessern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen