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The search for novel proteins of fission yeast's meiotic pairing structures

Anna Estreicher

Art der Arbeit

Dissertation

Universität

Universität Wien

Fakultät

Fakultät für Lebenswissenschaften

Betreuer*in

Josef Loidl

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DOI

10.25365/thesis.14088

URN

urn:nbn:at:at-ubw:1-30396.03905.145253-9

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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)

Abstracts

Abstract

(Deutsch)

Charakteristisch für alle sich sexuell fortpflanzenden Organismen ist eine spezielle Art der Zellteilung – die Meiose. Nach der DNA Replikation werden zwei aufeinanderfolgende Kernteilungen durchgeführt. So entstehen aus einer diploiden Vorgängerzelle vier haploide Keimzellen. Meiotische Rekombination und die Paarung der Homologen sichern die korrekte Aufteilung der Chromosomen und ermöglichen neue Kombinationen von Genen und Chromosomen innerhalb der Nachkommenschaft. Die enge Paarung der homologen Chromosomen während der Meiose erfolgt in den meisten Fällen durch die Ausbildung einer hoch konservierten, dreiteiligen Proteinstruktur, dem Synaptonemalen Complex (SC). Es sind nur wenige Organismen bekannt, die diese Struktur nicht ausbilden, einer davon ist die Spalthefe Schizosaccharomyces pombe. Hier werden die homologen Chromosomen ohne Ausbildung des SC während der Meiose erfolgreich gepaart. Statt des SCs werden während der meiotischen Prophase einfachere filamentöse Strukturen ausgebildet, die sogenannten Linearen Elemente (LinE). Diese LinEs sind notwendig, um meiotische Rekombination wie im Wildtyp zu ermöglichen, und bisher wurden drei Proteine beschrieben, welche unentbehrlich für die Ausbildung der LinEs sind. In dieser Studie wurden yeast two-hybrid screens und massenspektrometrische Analysen durchgeführt, um bisher unbekannte Interaktionspartner von LinE Proteinen zu finden. Durch diese Experimente wurden Interaktionen von bekannten LinE Komponenten bestätigt und weiters wurde Mug20, ein meiotisch hochreguliertes Protein, als neue mögliche LinE assoziierte Komponente identifiziert. Es wurde ein Stamm generiert, welcher ein Mug20-GFP Fusionsprotein trägt und an Hand dessen wurde die Lokalisierung des Proteins im meiotischen Kern untersucht. Die komplette Übereinstimmung der zytologischen Signale für Rec10, einem Hauptprotein der LinEs, und für das Fusionsprotein wurden beobachtet. Mug20 war während der gesamten LinE Entwicklung auf diesen lokalisiert. Weiters wurde das Mug20-GFP Fusionsprotein in verschiedene meiotische Mutanten eingebracht, um die Abhängigkeit der Lokalisation von Mug20 von verschiedenen meiotischen Ereignissen zu untersuchen. Es wurden keine Mug20 Strukturen im rec10Δ Stamm, welcher keine LinEs ausbildet, gefunden. Im kohäsionsmutanten Stamm rec8Δ, waren die Mug20 Strukturen verringert und verkürzt (so wie auch die Rec10 Strukturen). Im rec12Δ Stamm, in welchem keine DNA Doppelstrangbrüche gebildet werden, werden normale LinEs gebildet. Mug20 kolokalisierte normal mit diesen LinEs. Ein mug20 Deletionsstamm wurde generiert und sein Phänotyp studiert, um die Rolle von Mug20 zu untersuchen. In Abwesenheit von Mug20 sinkt die Lebensfähigkeit der Sporen um 20% und es wurde beobachtet, daß die Ausbildung der LinEs in dieser Mutante gestört ist und diese nicht die Ausmaße wie im Wildtyp erreichen. Intergenische und intragenische Rekombination wurden untersucht und es wurde gezeigt, daß es zu einer Modulierung der meiotischen Rekombination kommt. Gleichzeitig wurde im mug20Δ Stamm zytologisch eine Verringerung der Zahl von Signalen von Rekombinationsproteinen beobachtet. Um direkte Protein-Protein Interaktionen zwischen LinE Komponenten zu untersuchen, wurden yeast two-hybrid assays durchgeführt. Es wurden Interaktionen von Rec10 mit anderen LinE Proteinen bestätigt, aber eine direkte Interaktion zwischen Rec10 und Mug20 konnte nicht nachgewiesen werden, da Letzteres nur mit Rec25, einem weiteren LinE Protein, interagierte. Mug20 wurde als neue Komponente des Rec10 Protein Komplexes identifiziert. Es lokalisiert mit LinEs und ist notwendig für die normale Ausbildung dieser Strukturen. Mug20 mag eine stabilisierende Rolle in dem Komplex übernehmen und somit die komplette Ausbildung der LinEs erlauben. Normale Levels meiotischer Rekombination sind abhängig von der kompletten Ausbildung der LinEs. Somit gewährleistet Mug20 normale Rekombination welche die hohe Lebensfähigkeit der Nachkommenschaft sichert.

Abstract

(Englisch)

Meiosis represents a special type of cell cycle, characteristic of all sexually reproducing organisms. A single round of DNA synthesis is followed by two successive nuclear divisions to produce four haploid germ cells from one diploid progenitor cell. Meiotic recombination and the pairing of homologous chromosomes assure correct segregation of chromosomes and enable novel assortments of genes and chromosomes to generate genetic diversity among offspring. In most eukaryotic organisms the tight pairing of homologous chromosomes during meiosis is physically established and maintained by the formation of a highly conserved tripartite proteinaceous scaffold – the synaptonemal complex (SC). Only a few organisms are known to lack this structure, one is the fission yeast Schizosaccharomyces pombe. It efficiently pairs homologous chromosomes during early meiotic prophase without the assembly of the canonical SC. During meiotic prophase, simpler filamentous structures, the so-called linear elements (LinEs), are formed instead. These LinEs were found to be indispensable for wild-type meiotic recombination, and until now, three proteins were reported to be essential for their formation. To discover new interaction partners of known LinE proteins in this study, yeast two-hybrid screens and mass spectrometric analysis were performed using known LinE components as bait. These approaches confirmed interactions of known LinE components and additionally identified the meiotically up-regulated protein Mug20 (SPBC36B7.06c) as a novel putative LinE associated protein. A strain carrying a Mug20-GFP fusion-protein was generated, and its localization in the meiotic nucleus was studied. Complete colocalization with Rec10, a major LinE protein, was observed. Mug20 was found during all stages of LinE development. To study the dependency of Mug20 localization on various meiotic key events, Mug20-GFP was crossed into different mutant strains. Mug20 was absent in the rec10Δ strain, which is defective in LinE formation. In the rec8Δ cohesion mutant, Mug20 structures were reduced to few and short fragments, which are known also from Rec10 structures in this mutant background. In the rec12Δ mutant, which does not form DNA double strand breaks, LinE formation is wild-type and so was the localization of Mug20 to LinEs. To investigate the role of Mug20, a knockout strain was generated and its phenotype was studied. In the absence of Mug20, spore viability was reduced by 20% and it was found that LinEs did not reach their full wild-type extension. Frequencies of intergenic and intragenic recombination were evaluated revealing a modulation of recombination in the mug20 deletion mutant. Concurrently, the number of cytological foci formed by recombination proteins was reduced compared to the wild type. Yeast two-hybrid assays were performed to study direct protein-protein interactions of LinE proteins. These confirmed the interactions of Rec10 with other LinE components. However, a direct interaction between Mug20 and Rec10 could not be confirmed as Mug20 interaction was only detected with Rec25, another major LinE component. In this study, Mug20 was shown to be a new member of the Rec10 complex, localizing to LinEs and being necessary for their complete formation. It might play a role in stabilizing the complex allowing LinEs to be fully extended. Wild-type levels of meiotic recombination depend on the formation of wild-type LinE structures. Thus, Mug20 assures wild-type recombination, which secures high levels of spore viability among the offspring.

Autor*innen

Anna Estreicher

Haupttitel (Englisch)

The search for novel proteins of fission yeast's meiotic pairing structures

Paralleltitel (Deutsch)

Die Suche nach neuen Proteinen der meiotischen Paarungsstrukturen der Spalthefe

Paralleltitel (Englisch)

The search for novel proteins of fission yeast's meiotic pairing structures

Publikationsjahr

2011

Umfangsangabe

124 S.

Sprache

Englisch

Beurteiler*innen

Edgar Hartsuiker ,

Verena Jantsch-Plunger

Klassifikationen

42 Biologie > 42.15 Zellbiologie ,

42 Biologie > 42.20 Genetik

AC Nummer

AC08935180

Utheses ID

12654

Studienkennzahl

UA | 091 | 441 | |

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Schlagwörter