?Charakterisierung der Methylierungsstelle R143 an der ?zentromerischen H3 Histonvariante CENP-A/Cse4 in Hefe“
Für seine Bachelorarbeit am Institut für Biologie wurde Arno Georges Munhoven mit dem Humboldt-Preis 2021 ausgezeichnet.
Die Weitergabe von Erbinformation von der Mutterzelle zur Tochterzelle w?hrend der Mitose ist eine der Grundvoraussetzungen für alles Leben. In eukaryotischen Zellen liegt die Erbinformation überwiegend in Form von Chromosomen vor. Dabei handelt es sich um DNA, welche die Histonproteine umwickelt, sodass eine perlenkettenartige Struktur, das Chromatin, entsteht. Dieses Chromatin wird je nach Chromosomenabschnitt variiert. Ein für die Zellteilung bedeutsamer chromosomaler Abschnitt ist das Zentromer. An dieser streng definierten Sequenz wird das kanonische H3 Histonprotein durch die Histonvariante CENP-A ersetzt, was eine Voraussetzung für Zentromerfunktion und Chromosomensegregation ist.
W?hrend der Zellteilung segregieren die Chromosomen durch das Zusammenspiel von Komponenten des zellul?ren Skelettes mit dem Kinetochor. Beim Kinetochor handelt es sich um einen riesigen Proteinkomplex aus mehr als 30 Untereinheiten, welcher auf dem Zentromer assembliert wird. Die Rolle des Kinetochors besteht darin, die vom zellul?ren Skelett ausgehenden Zugkr?fte an das Chromosom zu übertragen um somit die Aufteilung des Erbmaterials an die Tochterzellen zu erm?glichen. Die hierarchische Assemblierung des Kinetochors wird durch bestimmte Faktoren überwacht und reguliert. Letzteres ist Teil der Aufgabe von chemischen Gruppen, wie zum Beispiel Methylierungen, welche nach der Proteinsynthese an das CENP-A geheftet werden. Die Abwesenheit solcher posttranslationalen Modifikationen am CENP-A, wie die Methylierung am Arginin (R) 143, hat negative Auswirkungen auf die strukturelle Integrit?t des Kinetochors. Dabei kommt es zur fehlerhaften Chromosomensegregation, welche oft als Beeintr?chtigung der Genomstabilit?t erfasst wird und in h?heren Eukaryoten zu Krebs führen kann.
?W?hrend meiner Bachelorarbeit habe ich mich mit der posttranslationalen Methylierungsstelle R143 am CENP-A-Homolog Cse4 in S. cerevisiae befasst und dabei spannende Erkenntnisse über deren Beitrag zur Aufrechterhaltung der Genomstabilit?t erhalten. ?
Im Hauptteil meiner Arbeit habe ich mittels eines genetischen Screens neue Regulatoren der Kinetochorfunktion identifiziert. Grundlage dafür ist die Beobachtung, dass die Abwesenheit der Cse4-R143 Methylierung (durch die Mutation cse4-R143A), kombiniert mit einem Defekt in der Kinetochorkomponente Spc25 (scp25-1), zu einem starken Wachstumsdefekt in S. cerevisiae führt. Im Screen habe ich 50 temperatur-resistente Derivate isoliert und durch Hochdurchsatz-Sequenzierung die Mutationen im Genom identifiziert, welche für die Suppression des Wachstumsdefekts und daher auch für die Wiederherstellung der Kinetochorfunktion verantwortlich sein k?nnten. Unter anderem habe ich Mutationen in Chromatinremodeler entdeckt, welche für eine verst?rkte Positionierung des zentromerischen Histonkomplexes an der DNA sorgen k?nnten und somit die negativen Folgen der Abwesenheit von R143 Methylierung mildern. Zudem fand ich Mutationen in einer Histon-Methyltransferase und in Interaktionspartnern von Spc25. ?
Des Weiteren konnte ich neue genetische Wechselwirkungen von Cse4-R143 mit Komponenten des ?u?eren Kinetochors zeigen. Erstaunlicherweise konnten entsprechende Interaktionen mit Kinetochorkomponenten in direkter N?he zum zentromerischen Nukleosom nicht gefunden werden. Dies hat zur Folge, dass man m?glicherweise die Kinetochorssymmetrie, wie sie oft in aktueller Literatur beschrieben wird, für zumindest bestimmte Abschnitte des Zellzyklus anzweifeln darf. ?In einem weiteren Experiment konnte ich zeigen, dass die korrekte Cse4-Funktion überwiegend von der Identit?t der Aminos?ure an Position 143 abh?ngt, und dass diese Aminos?ure strukturelle ?hnlichkeiten mit methyliertem Arginin besitzen muss, um die korrekte Funktion auszuüben.
Insgesamt sind durch meine Arbeit Erkenntnisse über Cse4-R143 entstanden, welche wegweisend für zukünftige Studien sind, die zum Verst?ndnis der physiologischen Rolle dieser Methylierungsstelle beitragen. Die Tatsache, dass R143 auch im humanen Cse4-Homolog CENP-A konserviert ist, l?sst darauf schlie?en, dass diesbezüglich ?hnliche Mechanismen zum Erhalt der Genomstabilit?t auch in h?heren Eukaryoten vertreten sind.?