Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Neuer Mechanismus der Meiose entdeckt

03.05.2013
Inaktiviert aber doch aktiv – wie die Veränderung eines Enzyms entscheidende Prozesse der sexuellen Reproduktion kontrolliert

Eine wichtige Entdeckung in der Meioseforschung ist der Arbeitsgruppe um die Molekularbiologin Andrea Pichler vom Freiburger Max-Planck-Institut für Immunbiologie und Epigenetik gelungen. Die Wissenschaftlerin hat mit ihrer Forschergruppe einen neuen Mechanismus identifiziert, der eine entscheidende Rolle in der Meiose spielt.


In Gegenwart des mit SUMO modifizierten Schritt-2-Enzyms bildet sich eine Proteinstruktur (Synaptonemaler Komplex) zwischen den homologen Chromosomen aus. Kann das Schritt-2-Enzym nicht mit SUMO modifiziert werden, fehlt der Komplex gänzlich. Martin Xaver, modifiziert von Andrea Pichler

Die Ausgangslage der Forschung

Die Meiose, auch Reduktionsteilung genannt, ist ein zentraler Vorgang der sexuellen Reproduktion. Dabei wird der Austausch des elterlichen Erbguts ermöglicht und die genetische Vielfalt gewährleistet.

Um verschiedene biologische Prozesse zu steuern, können Zellen gezielt die Eigenschaften ihrer Proteine verändern. Zum Beispiel deren Lebensdauer, Aktivität, den Reaktionspartner oder den Aufenthaltsort. Etwa indem sie ein oder mehrere kleine SUMO-Proteine anhängen. Dies geschieht in drei aufeinander folgenden enzymabhängigen Schritten. Beim Schritt-2-Enzym gingen Wissenschaftler davon aus, dass es sich um eine reine Durchgangsstation handelt.

Der Durchbruch

Wie die Freiburger Wissenschaftler nun herausfanden, wird das Schritt-2-Enzym selbst mit dem SUMO-Protein modifiziert und ändert dadurch seine Funktion. Der überraschende Effekt: Durch diese Änderung wird die herkömmliche Funktion des Enzyms ausgeschaltet, aber stattdessen eine neue hinzugewonnen. In Zusammenarbeit mit dem aktiven, unveränderten Enzym unterstützt es die Ausbildung von SUMO-Ketten. Wird dieser Effekt verhindert, hat dies gravierende Auswirkungen: Die Proteinstruktur (Synaptonemaler Komplex), die homologe Chromosomen in der Meiose miteinander verbindet, kann dann nicht mehr ausgebildet werden.

Die Erkenntnisse der Forscher

Geringste Mengen – weniger als ein Prozent – des SUMO modifizierten Schritt-2-Enzyms reichen aus, um eine normale Proteinstruktur wie auf dem linken Foto auszubilden. Forscherin Helene Klug aus dem Team um Pichler: „Kleinste Mengen des veränderten Enzyms genügen, um mit dem nicht modifizierten Enzym einen aktiven Komplex zu bilden, der dann die Meiose-abhängigen SUMO Modifikationen durchführt“.

„Anfangs widersprachen sich die Ergebnisse der biologischen und biochemischen Experimente komplett, obwohl die Daten absolut stichhaltig waren. Wir waren deshalb überzeugt, dass beide Beobachtungen richtig sind. Diesen Gegensatz zu erklären, hat uns dann zu dem neuen Mechanismus geführt“, so Studienleiterin Pichler. In aufwändigen biochemischen Experimenten konnten die Forscher außerdem erstmals enthüllen, wie dieser Enzymkomplex die Bildung von SUMO-Ketten ausführt.
Mit diesen neuen Erkenntnissen werden nach 50 Jahren Forschung um den Synaptonemalen Komplex die Weichen neu gestellt: „Erstmals können wir nun den Verlust des Synaptonemalen Komplexes nahezu nebenwirkungsfrei studieren und erhoffen uns, dessen Geheimnis auf die Spur zu kommen. Das erlaubt uns, die Konsequenzen für die Meiose und infolgedessen für die Keimzellentwicklung zu untersuchen“, sagen Franz Klein und Martin Xaver, Kooperationspartner und Meioseforscher der Max F. Perutz Laboratories, Wien.

Das Team um Pichler konnte bereits 2008 in Säugerzellen zeigen, dass die Selbst-Markierung des Schritt-2-Enzyms Einfluss darauf hat, welche Proteine überhaupt mit SUMO markiert werden. Um eine biologische Funktion für diese Regulationsform zu finden, wechselte das Forscherteam zu dem simpleren Organismus, der Bäckerhefe Saccharomyces cerevisiae. „Jetzt, wo wir wissen, wo wir suchen müssen, wollen wir auch wieder zurück ins Säugersystem, um die Rolle dieser Enzymregulation dort näher zu untersuchen“, sagt Pichler. „Außerdem wollen wir die Funktion des Hefe-Enzymkomplexes in der meiotischen Chromosomenstruktur besser verstehen.“
Am Max-Planck Institut für Immunbiologie und Epigenetik (MPI-IE) in Freiburg, das 1961 gegründet wurde, untersuchen Wissenschaftler, wie sich das Immunsystem im Laufe der Evolution entwickelt hat und wie es sich während des Lebens verändert. Im Jahr 2007 wurde der Schwerpunkt Epigenetik neu etabliert. Darin untersuchen Forscher die Vererbung von Eigenschaften, die nicht auf Veränderungen der DNA-Sequenz basieren.

Publikation:
Klug H, Xaver M, Chaugule V K, Koidl S, Mittler G, Klein F, and Pichler A: Ubc9 Sumoylation Controls SUMO Chain Formation and Meiotic Synapsis in Saccharomyces cerevisiae (2013). Molecular Cell, 2. Mai 2013 http://dx.doi.org/10.1016/j.molcel.2013.03.027

Kontakt:
Dr. Andrea Pichler
Max-Planck-Institut für Immunbiologie und Epigenetik
Stübeweg 51
79108 Freiburg
E-Mail pichler@ie-freiburg.mpg.de

Barbara Abrell | Max-Planck-Gesellschaft
Weitere Informationen:
http://www.mpg.de/
http://www.mpg.de/153825/immunbiologie

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Wie Reize auf dem Weg ins Bewusstsein versickern
22.09.2017 | Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn

nachricht Lebendiges Gewebe aus dem Drucker
22.09.2017 | Universitätsklinikum Freiburg

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: The pyrenoid is a carbon-fixing liquid droplet

Plants and algae use the enzyme Rubisco to fix carbon dioxide, removing it from the atmosphere and converting it into biomass. Algae have figured out a way to increase the efficiency of carbon fixation. They gather most of their Rubisco into a ball-shaped microcompartment called the pyrenoid, which they flood with a high local concentration of carbon dioxide. A team of scientists at Princeton University, the Carnegie Institution for Science, Stanford University and the Max Plank Institute of Biochemistry have unravelled the mysteries of how the pyrenoid is assembled. These insights can help to engineer crops that remove more carbon dioxide from the atmosphere while producing more food.

A warming planet

Im Focus: Hochpräzise Verschaltung in der Hirnrinde

Es ist noch immer weitgehend unbekannt, wie die komplexen neuronalen Netzwerke im Gehirn aufgebaut sind. Insbesondere in der Hirnrinde der Säugetiere, wo Sehen, Denken und Orientierung berechnet werden, sind die Regeln, nach denen die Nervenzellen miteinander verschaltet sind, nur unzureichend erforscht. Wissenschaftler um Moritz Helmstaedter vom Max-Planck-Institut für Hirnforschung in Frankfurt am Main und Helene Schmidt vom Bernstein-Zentrum der Humboldt-Universität in Berlin haben nun in dem Teil der Großhirnrinde, der für die räumliche Orientierung zuständig ist, ein überraschend präzises Verschaltungsmuster der Nervenzellen entdeckt.

Wie die Forscher in Nature berichten (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005), haben die...

Im Focus: Highly precise wiring in the Cerebral Cortex

Our brains house extremely complex neuronal circuits, whose detailed structures are still largely unknown. This is especially true for the so-called cerebral cortex of mammals, where among other things vision, thoughts or spatial orientation are being computed. Here the rules by which nerve cells are connected to each other are only partly understood. A team of scientists around Moritz Helmstaedter at the Frankfiurt Max Planck Institute for Brain Research and Helene Schmidt (Humboldt University in Berlin) have now discovered a surprisingly precise nerve cell connectivity pattern in the part of the cerebral cortex that is responsible for orienting the individual animal or human in space.

The researchers report online in Nature (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005) that synapses in...

Im Focus: Tiny lasers from a gallery of whispers

New technique promises tunable laser devices

Whispering gallery mode (WGM) resonators are used to make tiny micro-lasers, sensors, switches, routers and other devices. These tiny structures rely on a...

Im Focus: Wundermaterial Graphen: Gewölbt wie das Polster eines Chesterfield-Sofas

Graphen besitzt extreme Eigenschaften und ist vielseitig verwendbar. Mit einem Trick lassen sich sogar die Spins im Graphen kontrollieren. Dies gelang einem HZB-Team schon vor einiger Zeit: Die Physiker haben dafür eine Lage Graphen auf einem Nickelsubstrat aufgebracht und Goldatome dazwischen eingeschleust. Im Fachblatt 2D Materials zeigen sie nun, warum dies sich derartig stark auf die Spins auswirkt. Graphen kommt so auch als Material für künftige Informationstechnologien infrage, die auf der Verarbeitung von Spins als Informationseinheiten basieren.

Graphen ist wohl die exotischste Form von Kohlenstoff: Alle Atome sind untereinander nur in der Ebene verbunden und bilden ein Netz mit sechseckigen Maschen,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

11. BusinessForum21-Kongress „Aktives Schadenmanagement"

22.09.2017 | Veranstaltungen

Internationale Konferenz zum Biomining ab Sonntag in Freiberg

22.09.2017 | Veranstaltungen

Die Erde und ihre Bestandteile im Fokus

21.09.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

11. BusinessForum21-Kongress „Aktives Schadenmanagement"

22.09.2017 | Veranstaltungsnachrichten

DFG bewilligt drei neue Forschergruppen und eine neue Klinische Forschergruppe

22.09.2017 | Förderungen Preise

Lebendiges Gewebe aus dem Drucker

22.09.2017 | Biowissenschaften Chemie