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Dr. Nicola Iovino
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Labor Nicola Iovino

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Weibliche Keimzellen und epigenetische Vererbung

Eizellen werden in der weiblichen Keimbahn, dem Eierstock, gebildet. Dieser Vorgang heißt Oogenese. Während dieses Differenzierungsprozesses erfährt das Chromatin der werdenden Eizelle eine starke Kompaktierung die mit der Stilllegung der Transkription einhergeht. Zudem durchläuft sie eine Reduktionsteilung (Meiose) nach der sie nur noch über das haploide Genom verfügt. Treten Defekte in einem dieser Prozesse auf, kann dies zur völligen Unfruchtbarkeit und dem kompletten Fehlen von funktionellen Keimzellen führen.

Abbildung 1 Die Abbildung zeigt eine Ovariole von Drosophila melanogaster. Dabei ist zu erkennen, dass H3K27me3, eine posttranslationale Modifikation, die von PRC2 gesetzt wird, spezifisch in der Eizelle (Pfeil) aufrechterhalten wird jedoch nicht in den Nährzellen (Pfeilspitze). Bild vergrößern
Abbildung 1 Die Abbildung zeigt eine Ovariole von Drosophila melanogaster. Dabei ist zu erkennen, dass H3K27me3, eine posttranslationale Modifikation, die von PRC2 gesetzt wird, spezifisch in der Eizelle (Pfeil) aufrechterhalten wird jedoch nicht in den Nährzellen (Pfeilspitze). [weniger]

Die Kompaktierung des Chromatins und die Stilllegung der Transkription in der Eizelle werden in erster Linie durch epigenetische Mechanismen bestimmt. Es konnte gezeigt werden, dass Mutationen entsprechender  Histon-modifizierender Enzyme, die beispielsweise die Methylierung des Lysins an Position 9 und 4 des Histons 3 beeinflussen, zur Unfruchtbarkeit bei Wirbeltieren und wirbellosen Tieren führen können. 

Wir konnten kürzlich den Polycomb Repressive Complex 2 (PRC2) als entscheidenden Faktor zur Bestimmung des Zellschicksals von Eizellen bei Drosophila identifizieren (Abb. 1). PRC2 ist der Hauptkomplex, der für die Trimethylierung des Lysins an Position 27 des Histons 3 (H3K27me3) verantwortlich ist. Diese Histonmodifikation wird in der Regel mit fakultativem Heterochromatin und der transkriptionellen Repression verbunden (Abb. 2). In Abwesenheit des PRC2-Komplexes durchläuft die Eizelle einen Transdeterminationsprozess und wird zu einer polyploiden Zelle. Das daraus resultierende Fehlen von funktionellen, haploiden Keimzellen verursacht vollständige Sterilität. Unser Labor erforscht derzeit die Rolle dieses Komplexes in der Kontrolle der postmeiotischen Transkription in Keimzellen sowie dessen Rolle bei der Befruchtung.

Abbildung 2 Schematische Darstellung des Polycomb Repressive Complex 1 und 2 (PRC1/2) mit entsprechenden Untereinheiten. Bild vergrößern
Abbildung 2 Schematische Darstellung des Polycomb Repressive Complex 1 und 2 (PRC1/2) mit entsprechenden Untereinheiten. [weniger]
 
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