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A novel role for Spp1 and H3K4me3 in meiotic recombination
Lisa Maria Kainz
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Lebenswissenschaften
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Molecular Biology
Betreuer*in
Franz Klein
DOI
10.25365/thesis.80201
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-15648.56166.306364-9
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Homologe Chromosomen müssen in der ersten meiotischen Teilung durch Crossovers verbunden werden, um eine korrekte Segregation zu ermöglichen. Diese Crossovers entstehen durch die Reparatur von programmierten DNA-Doppelstrangbrüche (DSBs). DSBs treten vorwiegend in H3K4me3-angereicherten Promotorregionen auf, die üblicherweise in Chromatinschleifen lokalisiert sind, während die DSB-Maschinerie – Spo11 und seine Hilfsproteine Rec114, Mei4 und Mer2 – mit der Chromosomenachse assoziiert ist. Das PHD-Finger-Protein Spp1 wurde als Verbindungselement zwischen zukünftigen DSB-Stellen und der DSB-Maschinerie vorgeschlagen, da es gleichzeitig H3K4me3 und Mer2 binden kann. Interessanterweise ist spp1∆ synthetisch letal mit den zmm- Mutanten (ZMM-Proteine: Zip1–4, Msh4–5, Mer3, Spo16), die für die Reparatur von DSBs und die Festlegung von Crossovers erforderlich sind. Diese Masterarbeit zeigt, dass Spp1 und H3K4me3 zur meiotischen DSB-Reparatur über eine Funktion beitragen, die über die reine DSB-Bildung hinausgeht. Der Verlust von Spp1 oder H3K4me3 führt zu deutlichen Verzögerungen in der meiotischen Progression, was auf eine beeinträchtigte Reparatur hinweist. STED-Mikroskopie konnte zeigen, dass in einem Hintergrund, in dem Zellen auf den unregulierten Joint Molecule (JM) Weg zurückgreifen, die Bildung stabiler axialer Assoziationen stark von Spp1 und H3K4me3 abhängt. Die Interaktion zwischen Mer2 und Spp1 ist für diese Stabilisierung jedoch nicht erforderlich. Zytologische Analysen und Genome-weite Protec-seq Daten verdeutlichen zudem, dass weder DSB-Anzahl, -Zeitpunkt noch -Positionierung allein die Defekte in spp1∆- und H3K4A-Mutanten erklären können. Diese Mutanten akkumulieren eine beträchtliche Menge an DSBs, die Reparaturfaktoren rekrutieren können, während eine veränderte DSB-Landschaft allein nur geringe Auswirkungen zeigt. Wir schlagen daher vor, dass in der kombinierten Abwesenheit von ZMM-Proteinen und H3K4me3/Spp1, Helikasen oder Nukleasen unangemessen Zugang zu Stranginvasionsintermediaten erhalten, was zu deren Destabilisierung und zum Verlust axialer Assoziationen führt.
Abstract
(Englisch)
Homologous chromosomes must be linked by crossovers in the first meiotic division to ensure faithful segregation. These crossovers arise from repair events following the formation of programmed DNA double-strand breaks (DSBs). DSBs occur primarily in active promoters enriched for H3K4me3 and located in chromatin loops, whereas the DSB machinery – Spo11 and its accessory proteins Rec114, Mei4 and Mer2 – is associated with the chromosome axis. The PHD finger protein Spp1 has been proposed as tether between future DSB sites and the DSB machinery by simultaneously binding H3K4me3 and Mer2. Interestingly, spp1∆ is synthetic lethal with the zmm- mutants (ZMM proteins: Zip1-4, Msh4-5, Mer3, Spo16), which promote DSB repair and crossover designation. This Master thesis demonstrates that Spp1 and H3K4me3 contribute to meiotic DSB repair through a role that extends beyond DSB formation. Absence of Spp1 or H3K4me3 leads to pronounced delays in meiotic progression, indicating that DSB repair is compromised. STED microscopy revealed that in a background, where cells resort to the unregulated joint molecule (JM) pathway (zmm-, sgs1-mn), formation of stable axial associations heavily relies on Spp1 and H3K4me3. The Mer2-Spp1 interaction, however, is dispensable for this stabilization. Cytological analysis and genome-wide Protec-seq emphasize that break number, timing and positioning cannot solely explain the defects in spp1∆ and H3K4A mutants. These mutants accumulate a considerable number of DSBs that can recruit repair factors, while altered DSB landscape alone only has minor effects. Thus, we propose that, in the combined absence of ZMM proteins and H3K4me3/Spp1, helicases or nucleases gain inappropriate access to strand invasion intermediates, resulting in their destabilization and the loss of axial associations.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Chromosomenbiologie Meiose DSB Reparatur DSB Bildung Spp1 PHD Finger Protein H3K4me3 Methylierung ZMM weg DSB Reparaturwege Sgs1 Set1C COMPASS Komplex Meiotische Rekombination Homologe Rekombination DSB Hotspot DSB Landschaft Mer2 Spp1-Mer2-Interaktion Saccharomyces cerevisiae Axiale Assoziationen
Schlagwörter
(Englisch)
chromosome biology meiosis DSB repair DSB formation Spp1 PHD finger protein H3K4me3 methylation ZMM pathway DSB repair pathways Sgs1 Set1C COMPASS complex meiotic recombination homologous recombination DSB hotspot DSB landscape Mer2 Spp1-Mer2 interaction Saccharomyces cerevisiae axial associations
Autor*innen
Lisa Maria Kainz
Haupttitel (Englisch)
A novel role for Spp1 and H3K4me3 in meiotic recombination
Publikationsjahr
2025
Umfangsangabe
183 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Franz Klein
Klassifikation
42 Biologie > 42.13 Molekularbiologie
AC Nummer
AC17768598
Utheses ID
79101
Studienkennzahl
UA | 066 | 865 | |