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Genetic requirements for SUN-1 phosphorylation in C. elegans meiosis
Thomas Machacek
Art der Arbeit
Dissertation
Universität
Universität Wien
Fakultät
Zentrum für Molekulare Biologie
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Dr.-Studium der Naturwissenschaften Molekulare Biologie
Betreuer*in
Verena Jantsch-Plunger
DOI
10.25365/thesis.40715
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-30167.22845.512753-6
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Zuverlässige Segregation der Chromosomen während der Meiosis I erfordert die Koordination verschiedener zellulären Prozessen, dies inkludiert die Induktion von DNA Doppelstrangbrüchen, Paarung homologer Chromosomen und Etablierung einer stabilen Synapse und die hochregulierte DNA Doppelstrangbruch-Reparatur mit Hilfe homologer Rekombination. In dieser Arbeit wird der Fadenwurmwurm C. elegans als Modellsystem benutzt um Faktoren zu identifizieren, die bei der Weitergabe von Signalen die bei meiotischen DNA Doppelstrangbrüchen entstehen beteiligt sind und in weiterer Folge die „Checkpointkinase“ CHK-2 im Stadium der Prophase der ersten meiotischen Teilung aktivieren können. Diese Frage wurde mit Hilfe der Mutante him-19 im gealterten Wurm beantwortet. In diesem genetischen Hintergrund ist die DNA Doppelstrangbruch Induktion und homologe Paarung defekt. Weiters fehlt die Polarisierung des Chromatins im Leptotene / Zygotene Stadium, weiters fehlt die Rekrutierung der „pairingcenter“ Proteine und die Synapse der Bivalenten ist eingeschränkt. All dies führt zu defekter Bildung meiotischer Bivalente. In dieser Arbeit zeige ich, dass künstliche DNA Brüche durch Gammastrahlung gewisse Aspekte der Chromosomen Mobilisierung in him-19 Mutanten wiederhergestellt werden können. Dies inkludiert die Polarisierung des Chromatins im Leptotene / Zygotene Stadium und Phosphorylierung von SUN-1, einen Protein der inneren Kernmembran. Diese Chrakteristika können, abhängig von der „Checkpointkinase“ CHK-2, durch Gammastrahlung induziert werden. Ich verwende die Wiederherstellen der SUN-1 Phosphorylierung zur Identifikation von Proteinen, die meiotischen DNA Schaden in der Prophase 1 signalisieren können. Ich zeige, dass CHK-2 Aktivierung in gealterten him-19 Keimbahnzellen nach künstlicher Doppelstrangbruchinduktion abhängig ist von den Sensor-Kinasen ATM-1 und ATL-1 und der „Checkpointkinase“ CHK-1. In him-19 cep-1 (das C. elegans homologe Gen von p53) deffizienten Würmern konnte ich eine verringerte Phosphorylierung von SUN-1 beobachtet werden. Darüber hinaus zeigen meine Ergebnisse, dass Aktivierung von CHK-2 im Wildtyp in der Prophase I von redundanten Signalwegen abhängig ist. Robuste Phosphorylierung von SUN-1 ist abhängig von der Ausbildung meiotischen Chromosomenachsen, sowie aktiver DNA-Doppelstrangbruch-Signalkaskaden. Zusätzlich konnte ich stark verringerte SUN-1 S8-Pi Phosphorylierung in htp-3 und him-3; mre-11 Wurmstämmen zeigen.
Während wir über die Abfolge der Aktivierung der jeweiligen meiotischen DNA Doppelstrangbruch Signalwege, die zu einer Aktivierung von CHK-2 führen, spekulieren müssen, zeigt diese Arbeit, dass Komponenten der DNA-Bruch-Signalkaskaden an der postranslationellen Modifizierung der meiotischen Kernhülle im Wurm beteiligt sind.
Abstract
(Englisch)
Faithful chromosome segregation during meiosis I requires coordination of various cellular processes, including induction of DNA double-strand breaks (DSBs), paring of homologous chromosomes, stable association by synapsis and DNA DSB repair via homologous recombination. In this work, the nematode worm C. elegans is used as a model system to identify factors of the cellular DNA damage response that are proficient to activate the master regulatory kinase CHK-2 in prophase I. For this, we established the aged him-19 deficient worm strain as a tool to study meiotic DNA damage signaling. The aged him-19 deficient strain provides a genetic background which is characterized by, amongst others, impaired homologous pairing, absent polarization of transition zone chromatin, failure to recruit pairing center proteins, restricted synapsis, impaired DSB induction and defective bivalent formation. Artificial DNA lesions by gamma radiation were shown to partially restore the phenotype of aged him-19 worms, for instance the checkpoint kinase CHK-2 dependent phosphorylation of the inner nuclear membrane protein SUN-1 and SUN-1 aggregate formation. Using phosphorylation of SUN-1 as a read-out of CHK-2 activation, we could show that DNA damage activates CHK-2 in aged him-19 germline cells dependent on the sensor kinases ATM-1 and ATL-1 as well as the checkpoint kinase CHK-1. Mutation of the p53 homologue cep-1 decreased phosphorylation of SUN-1 after irradiation in the him-19 genetic background. In addition, redundant pathways must act in parallel to activate CHK-2 at prophase I, as both meiotic DSBs and chromosome axes were required for robust SUN-1 phosphorylation. Furthermore, strongly reduced SUN-1 S8-Pi phosphorylation levels could be demonstrated in htp-3 and him-3; mre-11 mutant germlines. While we have to speculate on the sequential order of how DNA damage activates the respective kinases, novel signaling pathways involving components of the DNA damage response resulting in modifications of the inner nuclear membrane could be shown in context of the C. elegans germline.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
HIM-19 SUN-1 DNA damage response meiosis C. elegans
Schlagwörter
(Deutsch)
HIM-19 SUN-1 DNA Schadensantwort Meiose C. elegans
Autor*innen
Thomas Machacek
Haupttitel (Englisch)
Genetic requirements for SUN-1 phosphorylation in C. elegans meiosis
Paralleltitel (Deutsch)
Genetische Voraussetzungen für SUN-1 Phosphorylierung in C. elegans Meiose
Publikationsjahr
2015
Umfangsangabe
111 Seiten : Illustrationen, Diagramme
Sprache
Englisch
Beurteiler*innen
Adriana La Volpe ,
Peter Schlögelhofer
Klassifikationen
42 Biologie > 42.13 Molekularbiologie ,
42 Biologie > 42.15 Zellbiologie
AC Nummer
AC13016468
Utheses ID
36058
Studienkennzahl
UA | 091 | 490 | |