Dokument: Asp1 kinase modulated mitosis in the fission yeast Schizosaccharomyces pombe

Titel:	Asp1 kinase modulated mitosis in the fission yeast Schizosaccharomyces pombe
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=43984
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20171024-084956-1
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Künzel, Natascha Andrea [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 13,54 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 22.10.2017 / geändert 22.10.2017
Beitragende:	PD Dr. Fleig, Ursula [Gutachter] Prof. Dr. Hegemann, J. H. [Gutachter]
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:	Genome instability resulting in aneuploidy, i.e. the gain or loss of entire chromosomes, in general leads to reduced fitness of an organism or even cell death. Aneuploidy is associated with numerous severe diseases such as the formation of solid tumors and can be caused by erroneous mitotic processes. Chromosome segregation in eukaryotes is powered and monitored by the kinetochore complex which assembles on the centromeres of chromosomes and connects them to the mitotic spindle. In our model organism the fission yeast Schizosaccharomyces pombe the kinetochore consists of several large subcomplexes of more than 60 proteins. This work presents a new modulator of mitotic mechanisms: the inositol pyrophosphates (IPPs). These high-energy molecules are generated by the highly conserved dual domain Vip1 inositol polyphosphate kinase family: the N-terminal kinase domain of Asp1 generates the specific IPP IP8, while the C-terminal pyrophosphatase domain uses IP8 as substrate which it hydrolyzes. By using different Asp1 variants I was able to analyze mitosis in cells with different IP8-levels. I found that Asp1-generated IP8 modulated the composition of the Sim4-kinetochore-subcomplex via its components Mal2 and Fta2. In cells without IP8 the amount of kinetochore localized Mal2 and Fta2 increased, while the opposite was found with higher-than-wild-type IP8 levels. This modulation is possibly a direct effect mediated via a modification of Fta2 by IP8. Another member of the Sim4-complex, Mis15, showed a different phenotype as its kinetochore targeting was reduced in IP8-less strains. The Sim4-complex proteins can therefore be divided in subgroups regarding their behavior upon variations in cellular IP8-levels. IP8 mediated kinetochore targeting was also observed for other S. pombe kinetochore subcomplexes. It had been demonstrated previously that IP8 modulates spindle dynamics and stability. In this work I screened for microtubule-associated proteins that are involved in these dynamic changes. I identified the kinesin Cut7 as part of a pathway that is affected by IP8. Cells with lower-than-wild-type IP8-levels showed an enhanced localization of Cut7 to spindle midzones, which is probably a cause for altered microtubule dynamics. Modulation of the spindle and kinetochore targeting by IP8 affected chromosome segregation fidelity. The absence of IP8 reduced chromosome transmission fidelity, while higher-than-wild-type IP8-levels optimized the chromosome segregation process. Thus, Asp1 enzymatic function is therefore a major regulator of mitosis in S. pombe. Genomische Instabilität, welche zu Aneuploidie, d. h. dem Zugewinn oder Verlust ganzer Chromosomen, führt, führt im Allgemeinen zur reduzierten Fitness eines Organismus, oder sogar zum Zelltod. Aneuploidie ist assoziiert mit zahlreichen schwerwiegenden Erkrankungen, wie der Ausbildung von Tumoren, und kann von fehlerhaften mitotischen Prozessen verursacht werden. In Eukaryoten wird Chromosomensegregation vom Kinetochorkomplex unterstützt und überwacht, welcher auf dem Zentromerchromatin von Chromosomen assembliert und diese mit der mitotischen Spindel verbindet. In unserem Modellorganismus, der Spalthefe Schizosaccharomyces pombe, besteht der Kinetochor aus mehreren großen Subkomplexen mit mehr als 60 Proteinen. Diese Thesis stellt einen neuen Modulator mitotischer Mechanismen vor: die Inositol Pyrophosphate (IPPs). Diese hoch-energetischen Moleküle werden von der hochkonservierten zwei-Domänen Vip1 Inositolpolyphosphat Kinase-Familie produziert: die N-terminale Kinasedomäne von Asp1 generiert das spezifische IPP IP8, während die C-terminale Pyrophosphatasedomäne IP8 als Substrat nutzt, welches sie hydrolysiert. Durch die Nutzung verschiedener Asp1-Varianten war es mir möglich, Mitose in Zellen mit unterschiedlichen IP8-Leveln zu analysieren. Ich konnte zeigen, dass Asp1-generiertes IP8 die Komposition des Sim4-Kinetochor-Subkomplexes, über dessen Komponenten Mal2 und Fta2, moduliert. In Zellen ohne IP8 war die Menge an kinetochorlokalisiertem Mal2 und Fta2 erhöht, während das Gegenteil in Zellen gefunden wurde, welche höhere IP8-Level als der Wildtyp aufwiesen. Diese Modulation ist wahrscheinlich ein direkter Effekt, vermittelt durch eine Modifikation von Fta2 durch IP8. Eine andere Komponente des Sim4-Komplexes, Mis15, zeigte einen anderen Phänotyp. Die Kinetochorlokalisation von Mis15 in Stämmen ohne IP8 war reduziert. Sim4-Komplex-Proteine können demnach, ihr Verhalten bei Variationen in zellulären IP8-Leveln betreffend, in Untergruppen aufgeteilt werden. Eine Modulation der Kinetochorlokalisation durch IP8 konnte auch für andere S. pombe Kinetochorkomplexe gefunden werden. Es wurde bereits vorher gezeigt, dass IP8 die Dynamik und Stabilität der Spindel moduliert. In dieser Arbeit habe ich nach Mikrotubuli-assoziierten Proteinen gesucht, die in diese Änderungen der Spindeldynamik involviert sind. Ich habe das Kinesin Cut7 als Teil eines Funktionsweges identifiziert, welcher von IP8 beeinflusst wird. Zellen mit niedrigeren IP8-Leveln, als unter wildtypischen Bedingungen, zeigten eine erhöhte Lokalisierung von Cut7 an der Spindelmitte, was vermutlich zu einer veränderten Spindeldynamik beiträgt. Modulationen der mitotischen Spindel und der Lokalisation von Kinetochorproteinen durch IP8 beeinflusste die Zuverlässigkeit der Chromosomensegregation. Die Abwesenheit von IP8 reduzierte die Zuverlässigkeit der Chromosomensegregation. Zellen mit höheren IP8-Leveln, als im Wildtyp, zeigten einen optimierten Chromosomensegregationsprozess. Somit ist die enzymatische Funktion von Asp1 ein bedeutender Regulator der Mitose in S. pombe.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Biologie » Funktionelle Genomforschung der Mikroorganismen
Dokument erstellt am:	24.10.2017
Dateien geändert am:	24.10.2017
Promotionsantrag am:	14.07.2017
Datum der Promotion:	12.09.2017