Die Funktion der Separase bei der Schwesterchromatiden-Trennung in Drosophila melanogaster

Titelangaben

Jäger, Hubert:
Die Funktion der Separase bei der Schwesterchromatiden-Trennung in Drosophila melanogaster.
Bayreuth , 2002
( Dissertation, 2003 , Universität Bayreuth, Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften)

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Abstract

Grundvoraussetzung für den Erhalt der genetischen Stabilität während der Zellteilung ist die akkurate Verteilung der Schwesterchromatiden auf die entstehenden Tochterzellen. Diese Verteilung erfordert die gleichzeitige Trennung aller Schwesterchromatiden am Metaphasen/Anaphasen-Übergang. Die Drosophila Proteine PIM und THR, die in vivo in einem Komplex vorliegen sind essentiell für die Trennung der Schwesterchromatiden im Verlauf der Mitose. Keines dieser Proteine zeigt signifikante Sequenzübereinstimmungen zu bekannten Proteinen. PIM weist jedoch funktionelle Gemeinsamkeiten zur Klasse der Securine auf. Es wird wie andere Securine am Metaphasen/Anaphasen-Übergang proteolytisch abgebaut, wodurch die Trennung der Schwesterchromatiden ermöglicht wird. Die Securine sind die inhibitorischen Untereinheiten der Separasen, einer konservierten Familie von Cystein-Endoproteasen. Der Abbau der Securine führt zur Aktivierung der Separasen, die über die Spaltung einer konservierten Kohäsin-Untereinheit die Trennung der Schwesterchromatiden einleiten. Um zu untersuchen, inwiefern PIM ebenfalls für die Regulation der Separase-Aktivität verantwortlich ist, wurde in dieser Arbeit das Drosophila Separase-Homolog (SSE) charakterisiert. SSE weist etwa nur die Hälfte bis ein Drittel der Größe von weiteren Separasen auf, und auch die Endoproteasedomäne ist divergent, weshalb SSE ein entferntes Mitglied der Separase-Familie darstellt. Dennoch zeigen die zytologischen Studien an Sse-Mutanten, dass SSE eine essentielle Funktion im Verlauf der mitotischen Separation der Schwesterchromatiden wahrnimmt. Zusätzlich interagiert SSE direkt mit dem Securin PIM aber auch mit dem Securin-assoziierten THR. Insofern unterscheidet sich der ternäre Drosophila Separase-Komplex klar von den binären Separase-Komplexen aus Organismen mit einer „großen“ Separase. Two-Hybrid-Experimente in der Hefe legen jedoch nahe, dass THR funktionell dem N-terminalen Bereich der „großen“ Separasen gleichzusetzen ist. Diese Interaktionsstudien lassen somit Parallelen im Aufbau des humanen und des Drosophila Separase-Komplexes erkennen. Diese Resultate lassen auch vermuten, dass in D. melanogaster eine Aufspaltung einer ursprünglich „großen“ Separase in die beiden Proteine SSE und THR erfolgt ist. Die Identifikation von Sse- und thr-Orthologen aus entfernt verwandten Drosophiliden legt den Schluss nahe, dass die zugrundeliegende Genspaltung vor mindestens 40-60 Millionen Jahren stattgefunden hat.

Abstract in weiterer Sprache

The presupposition for genetic stability during cell divisions is the accurate distribution of the sister chromatids onto daughter cells. This distribution needs a simultaneous separation of all sister chromatids at the metaphase-to-anaphase transition. The Drosophila proteins PIM and THR, which associate in vivo, are required for sister chromatid separation in mitosis. Neither of these two proteins shares significant sequence similarity with known proteins. However, PIM has functional similarities with securin proteins. Like other securins, PIM is degraded at the metaphase-to-anaphase transition and this degradation is required for sister chromatid separation. Securins are the inhibitory subunits of the separases, a conserved family of cystein endoproteases. Proteolysis of securins at the metaphase-to-anaphase transition activates the separases, which in turn degrade a conserved cohesin subunit, thereby triggering sister chromatid separation. To address whether PIM regulates separase activity, the Drosophila separase homologue (SSE) was characterized. SSE is only about one-third to one-half of the size of other separases and has a diverged endoprotease domain. Therefore, SSE is an unusual member of the separase family. However, genetic analysis shows that SSE does have an essential function during the process of sister chromatid separation. Moreover, SSE associates with the securin PIM and also with the securin-associated THR. Therefore, the ternary Drosophila separase complex is clearly different from the binary separase complexes found in organisms with a large separase. Two-hybrid experiments in yeast suggest that THR corresponds to the N-terminal part of other large separases. These interaction studies therefore indicate parallels in the topology of the human and Drosophila separase complexes. The results also suggest, that in D. melanogaster an originally large separase has been split into the two proteins SSE and THR. The identification of Sse and thr orthologue genes from distantly related Drosophila species suggest that the gene split took place 40-60 million years ago.