Einfluss von LINEs, SINEs und langen nicht-kodierenden RNAs auf die meiotische Chromosomenorganisation in der weiblichen Prophase I

• Antragstellerin: Dr. Mathilde Biot, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Zellbiologie ; Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 569072597

Die Meiose ist ein spezialisierter Zellzyklus, der für die Bildung von Gameten und genetische Vielfalt unerlässlich ist. Eine diploide Keimzelle unterzieht sich einer DNA-Replikation und zwei Teilungen. In der Meiose I segregieren homologe Chromosomen, und in der Meiose II trennen sich Schwesterchromatiden, wodurch haploide Zellen entstehen. Die Spezifität der Meiose I beruht auf der Paarung homologer Chromosomen und der Rekombination, die durch DNA-Doppelstrangbrüche (DSBs) initiiert wird. In der Prophase I organisieren sich die Chromosomen in Loop-Arrays, die an einer Achse verankert sind, die als Plattform für DSB-Aktivität dient. Eine wichtige Frage ist, wie diese Achse entsteht und welche DNA-Sequenzen beteiligt sind. Dies wurde hauptsächlich bei Männchen untersucht. Während meiner Doktorarbeit kartierte ich DNA, die mit der Achse assoziiert ist, in Spermatocyten und identifizierte drei Typen: DSB-Stellen, CTCF-Stellen und funktionelle Elemente, hauptsächlich Promotoren. Ich fand auch eine positive Korrelation zwischen der Anreicherung von H3K4me3 und den achsenassoziierten Sequenzen, was die Rolle von epigenetischen Markierungen in der Chromosomenorganisation hervorhebt. Bei Weibchen tritt die meiotische Prophase I in einem anderen epigenetischen Kontext auf, mit deutlich geringerer DNA-Methylierung als bei Männchen. Dies deutet auf einen sexuellen Dimorphismus in der meiotischen Chromosomenstruktur hin. Wie diese Unterschiede die Chromosomenorganisation bei Weibchen beeinflussen, ist jedoch noch unklar. Meine Daten zeigen zwei unerwartete Beobachtungen: Erstens eine Anreicherung von H3K4me3 an aktiven LINE1-Elementen in der weiblichen Prophase I, die bei Männchen nicht vorhanden ist; zweitens bleiben Oozyten während der gesamten Prophase I transkriptionell aktiv, was im Widerspruch zu früheren Studien steht, die eine Stummschaltung nahelegten. Diese Ergebnisse werfen die Möglichkeit auf, dass nicht-kodierende RNAs die Chromosomenorganisation in der weiblichen Meiose beeinflussen. Die Rolle von LINEs und SINEs in der Meiose wird seit langem diskutiert, da sie die Fähigkeit besitzen, sich zu transponieren und die Genomstabilität zu beeinflussen. Eine Studie in S. pombe zeigt, dass lange nicht-kodierende RNAs die Chromosomenorganisation beeinflussen, indem sie RNA-bindende Proteine rekrutieren, die die homologe Paarung erleichtern. Meine Daten könnten mit dieser Hypothese übereinstimmen und vorschlagen, dass aktive LINE-Elemente in der weiblichen Prophase I transkribiert werden und mit der Anreicherung von H3K4me3 assoziiert sind, was zur Achsenbildung beitragen könnte. In diesem Vorschlag möchte ich die Rolle von LINEs, SINEs und langen nicht-kodierenden RNAs in der weiblichen meiotischen Chromosomenorganisation untersuchen. Diese Forschung wird neue Einblicke in die weibliche Meiose und den sexuellen Dimorphismus in der Chromatinstruktur liefern und zur Erforschung repetitiver Elemente und meiotischer Rekombination beitragen.

• DFG-Verfahren: WBP Stelle