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Deepening our understanding of meiotic prophase I events in C. elegans by the study of mutants in PROM-1, SMC-3, RRF-3 and live imaging of chromosome end movement
Antoine Baudrimont
Art der Arbeit
Dissertation
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Lebenswissenschaften
Betreuer*in
Verena Jantsch
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Alle Rechte vorbehalten / All rights reserved
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-29198.51469.878162-5
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Abstracts

Abstract
(Deutsch)
Meiose ist eine spezialisierte Zellteilung, bei der der Chromosomengehalt halbiert wird. Sie ist für die Bildung von haploiden Gameten erforderlich. Während der Prophase der ersten Teilung müssen sich homologe Chromosomenpaare finden, weiters mittels des synaptonemalen Komplexes verbinden und programmierte Doppelstrangbrüche über „Cross-over“ Rekombination repariert werden, um Homologe zu verknüpfen. C. elegans Gonaden rekapitulieren die meiotische Prophase I in zeitlicher und räumlicher Anordnung. Das innere Kernhüllenprotein SUN-1 ist einer der wichtigsten Akteure im Prozess der meiotischen Chromosomen-Paarung. Wir verwendeten SUN-1-Aggregate, um die Bewegung der Chromosomenenden in vivo zu studieren. SUN-1-Aggregate sind sehr dynamisch. Sie kommen zusammen, vereinigen und zerstreuen sich wieder. Anstatt einzelner Chromosomen-Enden, die ihre „Partner“ suchen, haben wir beobachtet, dass Dupletts/ Multipletts und einzelne Chromosomenenden zusammen gebracht werden. Ich analysierte die Anforderungen für die SUN-1 Aggregatbildung, Wildtyp Kinetik der Bewegung und dokumentierte den Einfluss der richtigen Orchestrierung der Meiose und Reparatur von Doppelstrangbrüchen auf das Verhalten der Aggregate. rrf-3 kodiert für eine RNA-Polymerase, beteiligt in endogener RNA Interferenz (RNAi). Genetische Analysen zeigten, dass defekte Spermatogenese für die Unfruchtbarkeit in der rrf-3 Mutante verantwortlich sein könnte. Ich zeigte, dass Paarung der homologen Chromosomen, meiotische Chromosomenachsenmorphogenese und Reperatur von DNA Doppelstrangbrüchen normal waren; nichtsdestotrotz wurden Chromosomenfragmentierung und DNA-Brückenbildung beobachtet während der Spermatogenese. Stattdessen sind Kerne in Spermien von einem Kranz von Tubulin umgeben. „Deep Sequenzierung“ von kleinen RNAs identifizierte Kandidaten Zielgene (Wildtyp und rrf-3 vergleichend), welche von RRF-3 reguliert sein könnten (eine Zusammenarbeit mit Jonathan Jesaja Gent). Cohesin spielt eine wichtige Rolle im Zusammenhalt der Schwesterchromatiden in der Meiose und Mitose. Ich isolierte, klonierte und charakterisierte ein temperaturempfindliches Allel des smc-3 Gens. Ich zeigte, dass die Reparatur der meiotischen Doppelstrangbrüche in dieser Mutante gestört ist, währendessen Kohäsion normal ist. Der primäre Defekt dieser Mutante ist die partielle Ladung von Kohäsinmolekülen, dies führt zu partieller Ladung der Komponenten der Chromosomenachsen und weiters zu defekter Synapse. In meiner Arbeit wurde erstmals ein mutiertes C. elegans smc-3 Allel beschrieben. PROM-1 spielt bei der Orchestrierung von frühen meiotischen Prophase I Ereignissen eine Rolle. Das Fehlen von prom-1 führt zu einem meiotischen Arrest gleich nach dem Eintreten in die Meiose. Ich habe einen Suppressor von prom-1 isoliert mittels eines EMS Mutagenesescreens. Der Suppressor unterdrückt den meiotischen Arrest und führt zu normaler Ladung der Komponenten des synaptonemalen Komplexes. Wiederfunktionierende Paarung im Suppressor resultiert in Ausformung von Bivalenten. Ich habe den Suppressor auf den linken Arme von Chromosome III kartiert. Die hier vorgestellte Arbeit umfasst Einblicke in verschiedene Aspekte der meiotischen Prophase I in C. elegans unter Ausnutzung besonderer Vorteile dieses Modellsystems: der Zugänglichkeit zu genetischer Analyse und Transparenz für in vivo Zeitraffer-Zell Aufnahmen.
Abstract
(Englisch)
Meiosis is the specialized cell division that allows halving of the chromosome content and is required for the formation of haploid gametes. During prophase I homologous chromosomes have to pair, synapse via the synaptonemal complex (SC) and repair programmed double strand breaks (DSBs) by cross over recombination to link homologues. C. elegans gonads recapitulate the prophase I of meiosis in a temporal and spatial order. The inner nuclear protein SUN-1 is one of the key players in the process of meiotic chromosome pairing. We used SUN-1 aggregates to monitor chromosome end movement in vivo. SUN-1 aggregates are highly dynamic. They come together, coalesce and disperse. Instead of single chromosome ends looking for their homologous partner, duplets/multiplets and single chromosome ends are brought to meet. I analyzed the requirements for SUN-1 aggregate formation, wild type kinetics and documented the influence of proper orchestration of meiosis and repair of DSBs on aggregate behavior. rrf-3 encodes an RNA-directed RNA polymerase involved in endogenous RNAi. Genetic analysis revealed that defective spermatogenesis accounts for the infertility observed in rrf-3 mutant. I showed that pairing of homologues, meiotic chromosome axes morphogenesis and repair of double strand breaks were normal despite chromosome fragmentation and DNA bridge formation during spermatogenesis. Instead sperm nuclei are surrounded by wreath of tubulin. Deep sequencing analysis of small RNAs comparing wild type and rrf-3 identified candidate targets regulated by RRF-3 (a collaboration with Jonathan Isaiah Gent). Cohesin plays an important role by holding sister chromatids together both in meiosis and mitosis. I isolated, cloned and characterized a temperature sensitive allele of smc-3. I showed that repair of meiotic DSBs is impaired in this mutant whereas cohesion is normal. The primary defect of this mutant is partial loading of the cohesion complex leading to partial loading of chromosome axis components and furthermore defective synapsis. This is the first analysis of an smc-3 disruption in meiosis in C. elegans. PROM-1 is involved in the orchestration of early prophase events. Its absence results in arrest right after meiotic entry. I isolated a suppressor of PROM-1 by EMS mutagenesis. The suppressor allele in the prom-1 deletion mutant suppresses the meiotic arrest, entails the proper loading of SC proteins and successful pairing resulting in formation of bivalents. I mapped the suppressor mutation by single nucleotide polymorphism to the left arm of chromosome III. The work presented here covers insight into various aspects of meiotic prophase I in C. elegans taking advantage of its amenability to forward genetics and its transparency for in vivo time-lapse cell imaging.

Schlagwörter

Schlagwörter
(Englisch)
Meiosis Prophase I Chromosome pairing SUN-1 /RNA interference RRF-3 Cohesin SMC-3 PROM-1 Suppressor
Schlagwörter
(Deutsch)
Meiose Prophase I Chromosomen-Paarung SUN-1 /RNA interferenz RRF-3 Cohesin SMC-3 PROM-1 Suppressor
Autor*innen
Antoine Baudrimont
Haupttitel (Englisch)
Deepening our understanding of meiotic prophase I events in C. elegans by the study of mutants in PROM-1, SMC-3, RRF-3 and live imaging of chromosome end movement
Paralleltitel (Deutsch)
Studium der C. elegans Mutanten PROM-1, SMC-3, RRF-3 und in vivo Aufnahmen von Chromosome Ende für ein besseren Verständnis der Prophase der erste meiotische Zellteilung
Publikationsjahr
2010
Umfangsangabe
284 S. : Ill., graph. Darst.
Sprache
Englisch
Beurteiler*innen
Carrie Cowan ,
Adriana La Volpe
Klassifikationen
42 Biologie > 42.13 Molekularbiologie ,
42 Biologie > 42.15 Zellbiologie ,
42 Biologie > 42.20 Genetik
AC Nummer
AC08445361
Utheses ID
10272
Studienkennzahl
UA | 091 | 441 | |
Universität Wien, Universitätsbibliothek, 1010 Wien, Universitätsring 1