Funktion von CDKA;1 in der Reifeteilung entschlüsselt

12. Februar 2020, von Maria Latos

Foto: EMBO

Ein internationales Forschungsteam unter Leitung von Prof. Dr. Arp Schnittger vom Fachbereich Biologie der Universität Hamburg hat in der Pflanze Ackerschmalwand untersucht, welche Rolle das Enzym Proteinkinase CDKA;1 für die Vorbereitung der Geschlechtszellen spielt. Die Studie ist bei der Fachzeitschrift "The EMBO Journal“ erschienen und ziert auch die Titelseite der aktuellen Ausgabe.

Die Reifeteilung, auch Meiose genannt, ist von essenzieller Bedeutung für alle sich sexuell fortpflanzenden Organismen, denn sie erfüllt zwei wichtige Aufgaben: Sie halbiert den Chromosomensatz und trägt zur genetischen Vielfalt bei. Üblicherweise ist bei den meisten Organismen jedes Gen zweimal im Genom vorhanden – einmal auf einem Chromosom, was sie von der Mutter erhalten haben und einmal auf dem väterlichen Chromosom. Damit der Chromosomensatz von Generation zu Generation nicht verdoppelt wird, muss dieser während der Meiose halbiert werden, so dass die Geschlechtszellen nur den halben Chromosomensatz haben. Nach der Verschmelzung der Geschlechtszellen entsteht dann wieder ein Organismus, der den doppelten Chromosomensatz hat. Die Abläufe in der Meiose müssen genau aufeinander abgestimmt und reguliert sein, damit sich die Chromosomen, auf denen die Erbinformation gespeichert ist, gleichmäßig auf die Tochterzellen verteilen. Zusätzlich findet ein Austausch von DNA-Abschnitten zwischen den elterlichen Chromosomen statt, so dass diese sich in ihrer Komposition ändern.

Um diese komplexen Aufgaben zu erfüllen, sind viele Proteine notwendig. Wie die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler um den Entwicklungsbiologen Prof. Dr. Arp Schnittger herausgefunden haben, spielt dabei auch die Proteinkinase CDKA;1 eine wichtige und bisher noch nicht gut verstandene Rolle. So ist CDKA;1 wichtig, um die den Kontakt zwischen den elterlichen Chromosomen herzustellen, ohne den es keinen Austausch von DNA-Abschnitten geben kann. Bei der Paarung der Chromosomen spielt auch das Protein ASYNAPTIC 1 (ASY1) eine zentrale Rolle und Team um die Hamburger Forscherinnen und Forscher konnten nun zeigen, dass ASY1 von CDKA;1 reguliert wird.

Für ihre Untersuchungen verwendeten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler die Modellpflanze Arabidopsis thaliana (Ackerschmalwand) und führten an ihr genetische und biochemische Untersuchungen durch. Störungen in der Meiose haben meist dramatische Auswirkungen auf die Nachkommenschaft und führen zum Beispiel zu Fehlbildungen oder Wachstumsstörungen, bzw. Sterilität beim Menschen. „Aufgrund der Ähnlichkeiten in der Regulation der Meiose haben unsere Forschung an der Pflanze Arabidopsis ein großes Anwendungs- und Übertragungspotential für medizinische Forschung“, sagt Schnittger. „So hat der Mensch auch zwei Proteine, die ASY1 aus Pflanzen entsprechen und unsere Arbeiten legen nahe, dass diese Proteine auch ähnlich reguliert werden könnten“. In der Zukunft will Arp Schnittger weiter die Regulation von ASY1 und seinen verwandten Proteinen nachgehen. „Unsere neu entwickelten Verfahren zur Lebendbeoachtung der Meiose eröffnen uns dabei fantastische und ungeahnte Möglichkeiten tiefer in die molekulare Regulation der Meiose vorzudringen“.