DNA Schadenssignalwege bei der Immunglobulindiversifizierung und Keimzentrumsreaktion

• Antragstellerin: Professorin Dr. Berit Jungnickel
• Fachliche Zuordnung: Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung ; Immunologie
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 227483551

• Erstellungsjahr: 2023

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Somatische Hypermutation und Klassenwechselrekombination der Immunglobulingene in Keimzentrums-B-Zellen ist essentiell für eine effiziente Immunantwort. Beide genetischen Prozesse können aber auch aberrante Genveränderungen und Lymphomentstehung bewirken, so dass sie eng reguliert werden müssen. Der Fokus des hier zusammengefassten Forschungsprojektes lag auf der Regulation der Immunglobulindiversifizierung durch Checkpoint-Signalling, durch den Zellzyklus und durch homologe Rekombination. In der ersten Förderperiode haben wir die Analyse der Effekte von Chk1 und Chk2 auf die Immunglobulindiversifizierung beendet, deren preliminäre Daten die Grundlage für den Antrag bildeten. Wir konnten zeigen, dass eine verminderte Chk1 Aktivität zu einer erhöhten somatischen Hypermutation in Zelllinien führte, anscheinend durch eine verminderte homologe Rekombination. Chk2 Inaktivierung führte zu einer verminderten Hypermutation, anscheinend durch eine vermehrte Chk1 Funktion. Weiterhin haben wir den Einfluss von p53, einem gemeinsamen Chk1 und Chk2 Target, sowie von Chk1 in vivo in entsprechenden Mausmodellen untersucht. Hier fanden wir, dass p53 Inaktivierung die Hypermutation nicht beeinflusste, die Mutagenese beim Klassenwechsel aber schon, was ein Hinweis auf differentielle Aktivität von p53 während dieser beiden Prozesse ist. Während der Analyse der Chk1 Funktion in Keimzentren in vivo fanden wir, dass eine verminderte Chk1 Aktivität zu einer verminderten Hypermutationsaktivität führt, was darauf hinweist, dass die Regulation der Hypermutation durch Chk1 komplex ist. Wir haben auch die Rolle des Zellzyklus in der Regulation der Immunglobulindiversifizierung untersucht. Hierfür haben wir Fusionen von AID, dem initiierenden Enzym der Hypermutation und Klassenwechselrekombination, mit Tags hergestellt, die seine spezifische Degradation in der G1 bzw. S/G2 Phase des Zellzyklus erlauben. Wir konnten zeigen, dass die G:C Mutagenese während der somatischen Hypermutation ebenso wie die Immunglobulin- Genkonversion mit AID-generierten Läsionen in G1 und S/G2 verlaufen kann, während die A:T Mutagenese und der Klassenwechsel AID-induzierte Läsionen in G1 erfordern. Schlussendlich haben wir auch die Rolle der homologen Rekombination in der Regulation der Immunglobulindiversifizierung und Keimzentrumsreaktion untersucht. Wir konnten zeigen, dass eine Inaktivierung der homologen Rekombination zu einem Proliferations- und Überlebensdefekt aktivierter B-Zellen führte, und somit zu verminderter Klassenwechselrekombination. B-Zellen mit defizienter homologer Rekombination konnten aber Keimzentren bilden und Affinitätsreifung durchlaufen. Die somatische Hypermutation war signifikant vermindert in diesen Mäusen, zum Großteil infolge verminderter hochmutierter Sequenzen mit hoher A:T Mutagenese. Des Weiteren haben wir Mäuse mit einem Defekt in dem Inhibitor der homologen Rekombination, PARI, analysiert, und fanden erhöhte Hypermutation in Immunglobulingenen und nicht-Immunglobulingenen.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Checkpoint kinase 1 negatively regulates somatic hypermutation. Nucleic Acids Research, 42(6), 3666-3674.
  Frankenberger, Samantha; Davari, Kathrin; Fischer-Burkart, Sabine; Böttcher, Katrin; Tomi, Nils-Sebastian; Zimber-Strobl, Ursula & Jungnickel, Berit
  
• Checkpoint kinase 2 is required for efficient immunoglobulin diversification. Cell Cycle, 13(23), 3659-3669.
  Davari, Kathrin; Frankenberger, Samantha; Schmidt, Angelika; Tomi, Nils-Sebastian & Jungnickel, Berit
  
• Regulation of the Germinal Center Reaction and Somatic Hypermutation Dynamics by Homologous Recombination. The Journal of Immunology, 203(6), 1493-1501.
  Hirth, Gianna; Svensson, Carl-Magnus; Böttcher, Katrin; Ullrich, Steffen; Figge, Marc Thilo & Jungnickel, Berit
  
• Restriction of AID activity and somatic hypermutation by PARP-1. Nucleic Acids Research, 47(14), 7418-7429.
  Tepper, Sandra; Mortusewicz, Oliver; Członka, Ewelina; Bello, Amanda; Schmidt, Angelika; Jeschke, Julia; Fischbach, Arthur; Pfeil, Ines; Petersen-Mahrt, Svend K.; Mangerich, Aswin; Helleday, Thomas; Leonhardt, Heinrich & Jungnickel, Berit
  
• Context-dependent regulation of immunoglobulin mutagenesis by p53. Molecular Immunology, 138, 128-136.
  Böttcher, Katrin; Braunschmidt, Kerstin; Hirth, Gianna; Schärich, Karsten; Klassert, Tilman E.; Stock, Magdalena; Sorgatz, Janine; Fischer-Burkart, Sabine; Ullrich, Steffen; Frankenberger, Samantha; Kritsch, Daniel; Kosan, Christian; Küppers, Ralf; Strobl, Lothar J.; Slevogt, Hortense; Zimber-Strobl, Ursula & Jungnickel, Berit
  
• Impact of Chk1 dosage on somatic hypermutation in vivo. Immunology & Cell Biology, 99(8), 879-893.
  Bello, Amanda & Jungnickel, Berit