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Roles of SUN-1 phosphorylation during C. elegans meiosis

Alexander Woglar

Art der Arbeit

Dissertation

Universität

Universität Wien

Fakultät

Zentrum für Molekulare Biologie

Betreuer*in

Verena Jantsch

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DOI

10.25365/thesis.28446

URN

urn:nbn:at:at-ubw:1-29824.50559.762559-4

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Abstracts

Abstract

(Deutsch)

Vor der Gamtenfusion müssen sexuell reproduzierende Organismen ihre Genome halbieren, um die Chromosomenanzahl über Generationen konstant zu halten. Dafür durchläuft eine diploide Gametenvorläuferzelle zwei unmittelbar aufeinanderfolgend Chromosomenteilungen während der Meiose. Dies führt zu vier haploiden Tochterzellkernen die sich prinzipiell in Spermien oder Eizellen entwickeln können. Damit homologe Chromosomen während der ersten meiotischen Teilung voneinander seggregieren können müssen sie gepaart und durch ein Crossover verbunden werden. Für die Etablierung eines meiotischen Crossovers werden, abgesehen von Chromosomenpaarung, auch DNS Doppelstrangbrüche (DSB) und Reperatur der Selbigen unter Verwendung des homologen Chromosomes als Reperturvorlage für homologe Rekombination, benötigt. Die hierfür erforderliche Nähe von homologen Chromosomen wird durch den Synaptonemalen Komplex (SC), einer Proteinstruktur, die zwischen den homologen Partnern aufgebaut wird, hergestellt. Am Beginn der meiotischen Prophase überträgt SUN-1, ein Transmembranprotein in der inneren nukleären Membrane, kinetische Kräfte aus dem Zytoplasma in den Kern. Dies führt zur individuellen Bewegung von Chromosomen, die zu dieser Zeit mit einem Ende an der Kernmembran verankert sind. Die Bewegung der einzellnen Chromosomen wird benötigt um die homologen Chromosomen zu paaren und um ungewollter, nicht homologer SC Formierung entgegenzuwirken. Der koordiniert Ablauf dieser einzellnen Funktionen (homologe Paarung, Aufbau des SC, DSB Generierung und Reperatur) während der Meiose bedarf einem hohen Ausmass and Regulation. Wir haben herausgefunden, dass SUN-1 Aggregate an diesen Chromosomenbindungsstellen an der Kernmembran formt um die Chromosomenbewegung zu gewährleisten. Gleichzeitig mit dem Beginn seiner Aggregation wird SUN-1 an mehreren Aminosäuren an seinem nukleären N-terminus phosphoryliert. Diese Phosphorylierungen sind von CHK-2 und PLK-2 abhängig. PLK-2 lokalisiert an den SUN-1 Aggregaten und co-prezipitiert mit SUN-1. SUN-1 Aggregate und Phosphorylierung persistieren wenn Synapsis oder Rekombination inhibiert sind und Chromosomenmobiltät wird unter diesen Umstände aufrechterhalten. Für diesen Arrest in der frühen meiotischen Prophase wird die Phosphorylierung von SUN-1 benötigt, um PLK-2 stabil and den mobilen Chromosomenenden zu halten um die damit einhergehende persistierende Chromosomenmobilität zu gewährleisten. Weiters ist die Phosphorylierung von SUN-1 von Nöten, um den SC mit wildtypischer Kinetik aufzubauen. Unsere Beobachtungen lassen den Schluss zu, dass SUN-1 Phosphorylierung einen Zellzyklusprogressions Checkpunkt mediert, der das ‚obligate Crossover’ gewährleistet.

Abstract

(Englisch)

Sexual reproducing organisms have to halve their genomes prior to gamete formation to preserve genome size over generations. During meiosis, a diploid cell undergoes two rounds of succeeding chromosome segregation to give rise to four haploid products that can develop into sperms and oocytes. Therefore, prior to the first meiotic division, homologous chromosomes have to be paired and connected to each other by a crossover to be subsequently separated in meiotic anaphase I. Besides pairing of chromosomes, crossover formation requires the introduction of DNA double strand breaks (DSBs) and repair of them by use of the homologous chromosome as a repair template. The therefore required proximity between the homologous chromosomes is established by the synaptonemal complex (SC), a proteinacious structure established between them. The C. elegans inner nuclear membrane protein Matefin/SUN-1 transmits cytoplasm-generated kinetic forces onto chromosomes at the onset of leptotene/zygotene. This leads to individualized movement of chromosomes and eventual paring of homologous chromosomes with subsequent formation of the SC between them. Meiotic progression and sequential achievement of these meiotic tasks (pairing, SC formation, DSB repair and recombination) have to be tightly coordinated. We have found that meiotic chromosome movement is accompanied by formation of SUN-1 aggregates at the putative chromosomal attachment sites at the nuclear envelope and phosphorylation of SUN-1 at multiple residues. The phosphorylations depend on CHK-2 and PLK-2. PLK-2 colocalizes with the SUN-1 aggregates during the time of homology search and interacts physically with SUN-1. Failures in recombination and synapsis lead to the persistence of mobile and phosphorylated SUN-1 aggregates and to persisting recruitment of PLK-2 to chromosome ends. SUN-1 phosphorylations are required for the continuous localization of PLK-2 to chromosome ends and persistent chromosome mobility, characteristic for a zygotene arrest. Furthermore SUN-1 phosphorylation enables the formation of the SC with wild-type kinetics. In our data we present evidence for a checkpoint that monitors the presence of the obligate crossover mediated by SUN-1 phosphorylation. We propose that signals emanating from failures to successfully finish meiotic tasks are integrated at the nuclear periphery to regulate chromosome end-led movement and meiotic progression.

Autor*innen

Alexander Woglar

Haupttitel (Englisch)

Roles of SUN-1 phosphorylation during C. elegans meiosis

Publikationsjahr

2013

Umfangsangabe

getr. Zählung : Ill., graph. Darst.

Sprache

Englisch

Beurteiler*innen

Josef Loidl ,

Judith Yanowitz

Klassifikation

42 Biologie > 42.15 Zellbiologie

AC Nummer

AC11022327

Utheses ID

25396

Studienkennzahl

UA | 091 | 441 | |

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