Mechanismen und Effekte der durch DNA-Schäden induzierten SUMO-Modifikationen innerhalb der Doppelstrangbruch-Reparatur

• Antragstellerin: Dr. Inn Chung
• Fachliche Zuordnung: Zellbiologie
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2014
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 228992793

Die korrekte Reparatur von DNA-Doppelstrangbrüchen (DSBs) unabdingbar, um die Genomstabilität zu gewährleisten. Einen hochkonservierten Reparaturmechanismus stellt die homologe Rekombination (HR) dar. Kürzlich wurde die wichtige Rolle der posttranslationalen Modifikation durch das Protein small-ubiquitin like modifier (SUMO) für diesen Prozess erkannt: Viele der an der HR beteiligten Prote-ine (HR-Faktoren) unterliegen dieser Modifikation und außerdem sind die Enzyme, die für die Sumoy-lierung verantwortlich sind, essentiell für eine effiziente HR-Reparatur. Allerdings sind die Mechanis-men, die zur Sumoylierung der HR-Faktoren an der DSB-Stelle führen, unbekannt. Des Weiteren ist die Regulation des HR-Prozesses durch Sumoylierungsvorgänge im Detail unverstanden. Hier sollen diese Fragestellungen mit Hilfe des Modellorganismus´ Saccharomyces cerevisiae (Backhefe) bear-beitet werden. Zunächst werden zwei mögliche, sich gegenseitig nicht ausschließende Modelle zur Beschreibung der durch DSBs induzierten Sumoylierung der HR-Faktoren getestet. Das erste Modell erklärt die Akkumulation von sumoylierten HR-Faktoren am DSB durch die Anreicherung der Sumoy-lierungsenzyme an dieser Stelle („enzyme recruitment model“). Das zweite zu testende Modell hinge-gen ist das „substrate-priming model“. Diesem zufolge resultiert die erhöhte Sumoylierung der HR-Faktoren aus einer Veränderung ihrer molekularen Eigenschaften, die sie aufgrund der Bindung an die DNA oder an andere Proteine während der Rekombinationsreaktion erfahren. Diese Veränderung begünstigt dann die ihre Sumoylierung. Diese Modelle werde ich sowohl mit in vitro als auch in vivo Methoden prüfen. Ich werde untersuchen, wie die Rekrutierung der Sumoylierungsenzyme an einem experimentell eingefügten DSB erfolgt und welche Bedeutung diese für die Reparatur hat. Des Weite-ren werde ich testen, wie die Interaktionen der HR-Faktoren untereinander sowie zur DNA ihre Su-moylierung beeinflussen. Ein weiteres Teilprojekt wird den Einfluss der Sumoylierung auf die nukleoly-tische Prozessierung der freien DNA-Enden am DSB, einen der ersten Schritte der HR-Reaktion, un-tersuchen. Es wurde gezeigt, dass die dafür verantwortlichen Nukleasen auch sumoyliert werden kön-nen. Jedoch ist unklar, wie sich die Modifikation auf ihre Funktionen bezüglich der DSB-Prozessierung auswirkt. Hier werde ich testen, ob das Fehlen der Sumoylierung dieser Proteine die nukleolytische DSB-Prozessierung beeinflusst. Zusammenfassend sollen in dem hier vorgestellten Projekt Einsichten über die Regulation der durch DSBs induzierten Sumoylierung gewonnen werden, sowie über den Einfluss dieser Modifikation auf die ersten Schritte der HR-vermittelten Reparatur. Es werden neue Erkenntnisse über jene Mecha-nismen erlangt werden, die Zellen dazu befähigen ihre genomische Stabilität zu wahren. Dies ist von besonderer Bedeutung für das Verständnis und die Behandlung von Krankheiten wie Krebs, die von Defekten in diesen Mechanismen geprägt sind.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeberin: Dr. Xiaolan Zhao