Nachrichten | Die Erforschung von C. elegans hilft, die menschliche Fruchtbarkeit zu verstehen
Forschende an der University of Utah haben eine neue Methode entwickelt, um komplexe Wechselwirkungen innerhalb des synaptonemalen Komplexes (SC) von Caenorhabditis elegans (C. elegans) sichtbar zu machen. Der SC ist eine reißverschlussartige Proteinstruktur, die die elterlichen Chromosomenpaare während der Meiose eng miteinander verbindet und so den erfolgreichen Austausch genetischer Informationen ermöglicht. Die Studie stellt einen wichtigen Schritt zum Verständnis dar, wie diese Proteine die Wechselwirkungen zwischen Chromosomen regulieren – ein für die Bildung von Keimzellen wesentlicher Prozess, der sich im Labor bisher nur schwer reproduzieren ließ.
Eine neue Methode macht wichtige Wechselwirkungen zwischen Chromosomen sichtbar
Das Team identifizierte drei Proteinabschnitte, die Wechselwirkungen zwischen Chromosomen steuern, und bestimmte, wo diese stattfinden. Die Forschenden verwendeten eine Technik namens genetisches Suppressorscreening – den ersten Versuch, mit dieser Methode große Zellstrukturen zu untersuchen, die sich mit herkömmlichen Strukturanalysen nur schwer analysieren lassen.
„Mit dieser Methode lassen sich zelluläre Systeme untersuchen, die sich nicht durch Kristallisation analysieren lassen. Viele zelluläre Wechselwirkungen sind nur locker gebunden und können unter einem Elektronenmikroskop nicht beobachtet werden, weil sich alles ständig bewegt“, sagte der leitende Autor Ofer Rog, außerordentlicher Professor für Biologie an der University of Utah.
Komplexe Mechanismen in den Zellen
Während der Meiose müssen sich die Chromosomen präzise ausrichten und genetische Informationen korrekt austauschen. Die Forschung an C. elegans zeigt, dass sich der SC während dieses Prozesses zwischen homologen Chromosomen bildet und dadurch einen präzisen genetischen Austausch sicherstellt. Die Studie identifizierte erstmals, an welcher Stelle der SC mit sich selbst wechselwirkt – eine wichtige Voraussetzung für das Verständnis, wie Chromosomen während der Meiose erfolgreich Gene austauschen.
Die Forschenden verwendeten temperaturempfindliche mutierte C.-elegans-Würmer, die bei hohen Temperaturen das für die Bildung des SC notwendige Reißverschlussprotein nicht bilden können, wodurch der genetische Austausch gestört wird. Durch chemisch induzierte Mutationen identifizierte das Team Suppressormutationen, die die Fruchtbarkeit der mutierten Würmer wiederherstellten.
Die Forschenden fanden außerdem Wechselwirkungen zwischen drei SC-Proteinen – SYP-1, SYP-3 und SYP-4. Ähnlich wie die Anziehung zwischen entgegengesetzten Magnetpolen tragen diese Wechselwirkungen dazu bei, die Chromosomen zusammenzuhalten.
Bedeutung für die Erforschung der menschlichen Fruchtbarkeit
Das Verständnis der Rolle des SC bei der Meiose könnte zu einem besseren Verständnis menschlicher Fruchtbarkeitsprobleme beitragen. Der SC erfüllt bei allen Eukaryoten eine ähnliche Funktion – von Würmern und Pilzen bis hin zu Pflanzen und Menschen. Obwohl seine Struktur zwischen den Arten ähnlich ist, unterscheiden sich die tatsächlichen Sequenzen seiner Proteinbestandteile. Das Team untersucht weiterhin die Evolution des SC in verschiedenen Arten sowie anderer Zellstrukturen, die keinen herkömmlichen Evolutionsmustern folgen.
Nachrichten | Die Erforschung von C. elegans hilft, die menschliche Fruchtbarkeit zu verstehen
Nachrichten | Die Erforschung von C. elegans hilft, die menschliche Fruchtbarkeit zu verstehen
Forschende an der University of Utah haben eine neue Methode entwickelt, um komplexe Wechselwirkungen innerhalb des synaptonemalen Komplexes (SC) von Caenorhabditis elegans (C. elegans) sichtbar zu machen. Der SC ist eine reißverschlussartige Proteinstruktur, die die elterlichen Chromosomenpaare während der Meiose eng miteinander verbindet und so den erfolgreichen Austausch genetischer Informationen ermöglicht. Die Studie stellt einen wichtigen Schritt zum Verständnis dar, wie diese Proteine die Wechselwirkungen zwischen Chromosomen regulieren – ein für die Bildung von Keimzellen wesentlicher Prozess, der sich im Labor bisher nur schwer reproduzieren ließ.
Eine neue Methode macht wichtige Wechselwirkungen zwischen Chromosomen sichtbar
Das Team identifizierte drei Proteinabschnitte, die Wechselwirkungen zwischen Chromosomen steuern, und bestimmte, wo diese stattfinden. Die Forschenden verwendeten eine Technik namens genetisches Suppressorscreening – den ersten Versuch, mit dieser Methode große Zellstrukturen zu untersuchen, die sich mit herkömmlichen Strukturanalysen nur schwer analysieren lassen.
„Mit dieser Methode lassen sich zelluläre Systeme untersuchen, die sich nicht durch Kristallisation analysieren lassen. Viele zelluläre Wechselwirkungen sind nur locker gebunden und können unter einem Elektronenmikroskop nicht beobachtet werden, weil sich alles ständig bewegt“, sagte der leitende Autor Ofer Rog, außerordentlicher Professor für Biologie an der University of Utah.
Komplexe Mechanismen in den Zellen
Während der Meiose müssen sich die Chromosomen präzise ausrichten und genetische Informationen korrekt austauschen. Die Forschung an C. elegans zeigt, dass sich der SC während dieses Prozesses zwischen homologen Chromosomen bildet und dadurch einen präzisen genetischen Austausch sicherstellt. Die Studie identifizierte erstmals, an welcher Stelle der SC mit sich selbst wechselwirkt – eine wichtige Voraussetzung für das Verständnis, wie Chromosomen während der Meiose erfolgreich Gene austauschen.
Die Forschenden verwendeten temperaturempfindliche mutierte C.-elegans-Würmer, die bei hohen Temperaturen das für die Bildung des SC notwendige Reißverschlussprotein nicht bilden können, wodurch der genetische Austausch gestört wird. Durch chemisch induzierte Mutationen identifizierte das Team Suppressormutationen, die die Fruchtbarkeit der mutierten Würmer wiederherstellten.
Die Forschenden fanden außerdem Wechselwirkungen zwischen drei SC-Proteinen – SYP-1, SYP-3 und SYP-4. Ähnlich wie die Anziehung zwischen entgegengesetzten Magnetpolen tragen diese Wechselwirkungen dazu bei, die Chromosomen zusammenzuhalten.
Bedeutung für die Erforschung der menschlichen Fruchtbarkeit
Das Verständnis der Rolle des SC bei der Meiose könnte zu einem besseren Verständnis menschlicher Fruchtbarkeitsprobleme beitragen. Der SC erfüllt bei allen Eukaryoten eine ähnliche Funktion – von Würmern und Pilzen bis hin zu Pflanzen und Menschen. Obwohl seine Struktur zwischen den Arten ähnlich ist, unterscheiden sich die tatsächlichen Sequenzen seiner Proteinbestandteile. Das Team untersucht weiterhin die Evolution des SC in verschiedenen Arten sowie anderer Zellstrukturen, die keinen herkömmlichen Evolutionsmustern folgen.
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