Reaktivierung Ursrprünglicher Rekombinationsmechanismen in Vertebraten

• Antragstellerin: Linda Odenthal-Hesse, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Zellbiologie
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 539767500

Die Meiose ist für die Bildung haploider Keimzellen in diploiden Eukaryonten verantwortlich. Diese spezialisierte Zellteilung besteht aus zwei aufeinander folgenden Runden der Zellteilung, wobei die Rekombination nach nur einer Runde der DNA-Replikation zu unterschiedlichen haploiden Genomen führt. Der Beginn der Rekombination hängt vom Zeitpunkt der Keimbahnreplikation, der dynamischen Reorganisation des Chromatins und einer Reihe von Proteinen ab und ist stark reguliert. Die PRDM9-vermittelte Rekombinationsinitiierung reguliert die Platzierung von Rekombinationsereignissen in vielen Wirbeltieren, indem sie auf spezifische Motive im Genom abzielt, die sie mit Hilfe ihres Zinkfinger-Arrays bindet. Allerdings ist die Funktion von PRDM9 bei Wirbeltieren mehrfach verloren gegangen - bei allen Hunden, Füchsen und Wölfen sowie bei Vögeln, Krokodilen und einigen Fischarten. Diese Organismen rekombinieren offensichtlich an Stellen mit H3K4-Trimethylierung, wie beispielsweise aktiven Genpromotoren. Im Gegensatz zu einigen PRDM9-Knockout-Mausstämmen, die zwar eine Rekombination in Genpromotoren initiieren, diese aber nicht erfolgreich reparieren können, sind diese Organismen also in der Lage, doppelsträngige DNA-Brüche in funktionellen Elementen erfolgreich zu reparieren. Ein Einzelfall einer fruchtbaren Frau mit PRDM9-Null-Allelen deutet darauf hin, dass dies auch beim Menschen möglich sein könnte. Es ist jedoch unbekannt, welche Eigenschaften solche Rekombinationsereignisse in Genpromotoren haben. Außerdem ist unklar, ob es sich um einen konservierten Standard-Rekombinationsmechanismus handelt oder ob jede Spezies neue Strategien entwickelt hat, um den sekundären Verlust von PRDM9 zu kompensieren. Die Ergebnisse der meiotischen Feinrekombination wurden bei PRDM9-defizienten Wirbeltieren noch nie analysiert, und die Verteilung der Crossover-Auflösungspunkte, die Häufigkeit der Crossover-assoziierten Konversionsabschnitte und die Frage, ob das Transmissionsverhältnis in Abwesenheit von PRDM9 verzerrt ist, sind unbekannt. Schließlich ist unbekannt, ob PRDM9-unabhängige Rekombination Mutationssignaturen oder potenzielle Verzerrungen des Übertragungsverhältnisses hervorruft, was für Organismen, die an funktionalen Genpromotoren rekombinieren, nachteilig wäre. Wir wollen verstehen, wie Hunde und Vögel erfolgreich meiotische Rekombination in funktionalen Elementen durchführen können. Durch den Vergleich der feinen Rekombinationsmuster von Hunden (Säugetiere mit rezentem Verlust von PRDM9) und Vögeln (Wirbeltiere mit ursprünglichem Verlust von PRDM9) können wir grundlegende Informationen darüber gewinnen, inwieweit gemeinsame Merkmale in ihren Rekombinationshotspots auftreten. Wir werden herausfinden, ob ein gemeinsamer angestammter Rekombinationsweg reaktiviert werden konnte oder ob Organismen mit einer so großen evolutionären Divergenz stattdessen unterschiedliche Strategien entwickelt haben, um den Verlust von PRDM9 auszugleichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen