Rolle von rekombinationsabhängigen Mechanismen in der Auflösung von Benzo[a]pyren-induziertem DNA-Replikationsstress

• Antragstellerin: Dr. Ann Liza Piberger
• Fachliche Zuordnung: Public Health, Gesundheitsbezogene Versorgungsforschung, Sozial- und Arbeitsmedizin
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 288806128

Eine berufliche oder Tabakrauch-bedingte Exposition gegenüber dem humanen Kanzerogen Benzo[a]pyren (B[a]P) wird mit der Induktion von Lungentumoren in Zusammenhang gebracht. Diese Kanzerogenität von B[a]P erfolgt maßgeblich durch DNA-Adduktbildung des reaktiven Metaboliten anti-B[a]P-7,8-diol-9,10-epoxid (BPDE). Obwohl diese DNA-Addukte die Progression der Replikationsmaschinerie blockieren, ein Prozess der als DNA-Replikationsstress bezeichnet wird, ermöglichen fehleranfällige Transläsionssynthese (TLS)-Polymerasen hierbei üblicherweise eine kontinuierliche Replikation. TLS an BPDE-Addukten ist intensiv beforscht und scheint eine Rolle in der Mutagenität von B[a]P zu spielen. Des Weiteren führen BPDE-Addukte jedoch auch zu homologer Rekombination (HR) und Schwesterchromatidaustauschen, was darauf hindeutet, dass Rekombinationsfaktoren an ebenfalls arretierten oder kollabierten Replikationsgabeln wirken. Es bleibt allerdings unklar, inwiefern solche Prozesse oder DNA-Doppelstrangbrüche (DSB), die an kollabierten Replikationsgabeln entstehen, zur B[a]P-induzierten Toxizität beitragen und wie rekombinationsabhängige Mechanismen diesem Replikationsstress entgegenwirken. Mit Hilfe von experimentellen Methoden der Grundlagenforschung zu DNA-Replikationsstress wird dieses Projekt beleuchten, ob der Replikationsapparat an BPDE-Addukten zum Stillstand kommt oder kollabiert und wie Rekombinationsfaktoren an solchen Replikationsgabeln in Eukaryoten operieren. Drei interessante, an der rekombinogenen Umstrukturierung oder Reparatur von geschädigten Replikationsintermediaten beteiligte Kandidatenproteine, PARP-1, RAD51 und ZRANB3, werden auf ihre Funktion und ein potenzielles Zusammenspiel an Replikationsgabeln nach BPDE-Behandlung in Säugerzellen untersucht. Im Speziellen wird ihr Einfluss auf Elongation, Arretierung und Neustart oder Kollaps von individuellen Replikationsgabeln und die Initiation von inaktiven Replikationsursprüngen begutachtet. Untersuchungen zur Proteindynamik an BPDE-arretierten Replikationsgabeln werden darüber hinaus klären, welche Mechanismen und Proteine der DNA-Schadensantwort entscheidend für deren Wiederherstellung sind. Abschließend wird die Rolle von PARP-1, RAD51 und ZRANB3 in der BPDE-induzierten Rekombination bewertet, um biochemische Ursachen für die Beteiligung von HR an der DNA-Schadensantwort auf BPDE-Addukte aufzudecken. Da fehlerhafte Rekombination zu strukturellen Chromosomenaberrationen führen kann, wird ein besseres Verständnis von rekombinationsabhängigen und potenziell rekombinogenen Mechanismen, die der Auflösung von BPDE-Addukt-vermitteltem DNA-Replikationsstress dienen, einen neuen Einblick in die B[a]P-induzierte Mutagenität und Toxizität liefern. Dies könnte zukünftig innovative Ansätze zu einer entsprechenden Prävention eröffnen.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: Großbritannien
• Gastgeberin: Professorin Dr. Eva Petermann