Sexually reproducing organisms depend on meiosis for the generation of haploid, genetically diverse gametes to maintain genome stability and the potential to adapt to changing environments. Haploidization is achieved through two successive rounds of cell division after a single initial pre-meiotic DNA replication. Meiosis I segregates the homologous chromosomes, followed by the segregation of the sister chromatids in meiosis II. Genetic diversity is achieved through the process of recombination that de-scribes the exchange of genetic material between the maternal and paternal homolog. Recombination and the initial steps of haploidization are executed already early on in prophase I. Both essential processes depend on a variety of multiprotein complexes, such as the linker of nucleo- and cytoplasm (LINC) complex and the synaptonemal complex (SC). The structure of multiprotein complexes is adjusted according to their function, environment, and the forces they are subjected to. Coiled-coil domains typical in load-bearing proteins characterize the meiotic mechanotransducing LINC complexes. SCs resemble ladder-like structures that are highly conserved amongst eukaryotes, while the primary sequence of the proteins that form the complex display very little if any sequence homology. Despite the apparent significance of the structure to their function, little quantitative and topological data existed on the LINC complexes and the SC within their morphological context prior to the present work. Here, the molecular architecture of the meiotic telomere attachment site where LINC complexes reside and the SC have been analyzed in depth, mainly on the basis of electron microscope tomography derived 3D models complemented by super-resolution light microscopic acquisitions of the respective protein components. / Sich sexuell fortpflanzende Organismen sind auf die Meiose angewiesen, um haploide, genetisch vielfältige Keimzellen zu erzeugen, die die Stabilität des Genoms und die Fähigkeit zur Anpassung an sich verändernde Umgebungen erhalten. Die Haploidisierung wird durch zwei aufeinanderfolgende Runden der Zellteilung nach einer einzigen anfänglichen prä-meiotischen DNA Replikation erreicht. In der Meiose I werden die homologen Chromosomen getrennt, gefolgt von der Trennung der Schwesterchromatiden während der Meiose II. Genetische Diversität wird durch den Prozess der Rekombination erreicht, der den Austausch von genetischem Material zwischen den mütterlichen und väterlichen Homologen beschreibt. Die Rekombination und die ersten Schritte der Haploidisierung werden bereits früh in der Prophase I durchgeführt. Beide essentiellen Prozesse hängen von einer Vielzahl von Multiproteinkomplexen ab, wie z.B. dem Linker of Nucleo- and Cytoplasm (LINC)-Komplex und dem synaptonemalen Komplex (SC). Die Struktur von Multiproteinkomplexen wird je nach ihrer Funktion, ihrer Umgebung und den Kräften, denen sie ausgesetzt sind, angepasst. Coiled-coil-Domänen, die für tragende Proteine typisch sind, charakterisieren die meiotischen, mechanotransduzierenden LINC-Komplexe. SCs ähneln leiterähnlichen Strukturen, die unter Eukaryonten hoch konserviert sind, während die Primärsequenz der Proteine, die den Komplex bilden, sehr wenig bis gar keine Sequenzhomologie aufweist. Trotz der offensichtlichen Bedeutung der Struktur für ihre Funktion gab es vor der vorliegenden Arbeit nur wenige quantitative und topologische Daten über die LINC Komplexe und den SC in ihrem morphologischen Kontext. Hier wurde die molekulare Architektur der Telomeranheftungsstellen, an denen sich die LINC-Komplexe befinden, und die des SCs eingehend analysiert, hauptsächlich auf der Grundlage von auf der Elektronenmikroskop-Tomographie basierenden 3D-Modellen, ergänzt durch hochauflösende lichtmikroskopische Aufnahmen der jeweiligen Proteinkomponenten.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:uni-wuerzburg.de/oai:opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de:21210 |
| Date | January 2020 |
| Creators | Spindler, Marie-Christin |
| Source Sets | University of Würzburg |
| Language | English |
| Detected Language | German |
| Type | doctoralthesis, doc-type:doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Rights | https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/deed.de, info:eu-repo/semantics/openAccess |
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