Regulation der Signaltransduktion bei Replikativem Stress durch Deacetylierung und Dephosphorylierung

• Antragsteller: Professor Dr. Oliver Holger Krämer
• Fachliche Zuordnung: Public Health, Gesundheitsbezogene Versorgungsforschung, Sozial- und Arbeitsmedizin
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 325554574

Über 3x109 Basenpaare werden mit jeder Zellteilung von Säugerzellen kopiert. Eine limitierte Verfügbarkeit von Nukleotiden und DNA Schäden verlangsamen die Replikation der DNA. Dies induziert komplexe Stressantworten, bei denen die Checkpoint-Kinasen Ataxie Teleangiektasie Mutiert (ATM), ATM/Rad3-verwandt (ATR), Checkpoint-Kinasen-1/-2 (CHK1 und CHK2) zentrale Moleküle darstellen. Diese Kinasen katalysieren Prozesse, die den Zellzyklus anhalten, Replikationsgabeln stabilisieren und die DNA-Reparatur fördern. So kann DNA ohne epigenetische Veränderungen und onkogene Mutationen vererbt werden. Posttranslationale Modifikationen wie die Phosphorylierung und Acetylierung beeinflussen Checkpoint-Kinasen auf mehreren Ebenen. Demgemäß zeigen neue Daten, dass die Klasse I Histon-Deacetylasen (HDACs) HDAC1 und HDAC2 die genomische Stabilität beeinflussen. Wie dies genau geschieht, und ob HDAC1/HDAC2 auf Checkpoint-Kinasen einwirken, ist offen. Des Weiteren ist zwar bekannt, dass ein trimerer Phosphatase PP2A Komplex der aktivierenden Phosphorylierung der Checkpoint-Kinasen entgegen wirkt, die exakte Zusammensetzung dieses PP2A Komplexes (aus den Untereinheiten A (strukturgebende Komponente), C (katalytische Aktivität) und B (bindet selektiv Substrate, um Spezifität des PP2A Holoenzyms zu gewährleisten)) ist jedoch unbekannt. Um die Kontrolle der Checkpoint-Kinasen besser zu definieren, muss geklärt werden, welche B Untereinheiten die PP2A zu Checkpoint-Kinasen führen, um deren Dephosphorylierung zu katalysieren. So kann detailliert verstanden werden, wie replikative Stressantworten terminiert werden. Unsere Daten zeigen, dass Klasse I HDACs für die Aufrechterhaltung der Phosphorylierung von ATM, CHK1 und CHK2 in humanen und murinen Zellen unabdinglich sind. HDAC1/HDAC2 unterdrücken die Expression der PP2A B Untereinheit PR130 und PR130 reguliert die Dephosphorylierung von ATM und CHK1 in mit HDACi behandelten Zellen. Nichtsdestotrotz verändern HDACi und PR130 nicht die Phosphorylierung der ATR. Weiter zeigen wir, dass PR130 die Kontrolle des Zellzyklus unter replikativem Stress und nach HDAC Hemmung wesentlich beeinflusst. Wir wollen nun genau definieren, wie HDAC1/HDAC2, PR130, CHK1 und ATM interagieren und wie sie den Zellzyklus, das Fortschreiten von Replikationsgabeln, die DNA Integrität und das zelluläre Schicksal unter replikativem Stress beeinflussen. Hierfür sind unsere neuen CRISPR-Cas9 HCT-116 Zellen ohne PR130 ein einzigartiges und innovatives Werkzeug. Wir verwenden genetische und biochemische Ansätze, wie RNAi, CRISPR-Cas9, i-POND, DNA Fasermessungen, konfokale Mikroskopie, globale Phospho-/Proteom-Analysen, und DNA- und Proteinanalysen. Um gemeinsam und spezifisch von HDAC1/HDAC2, PR130 und Checkpoint-Kinasen regulierte Stressmuster und relevante Moleküle zu erkennen, werden wir replikativen Stress und Einzel-oder Doppelstrang DNA Brüche durch Chemotherapeutika und Onkogene hervorrufen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen