Die Funktion von TP53 in der zellulären Reaktion auf Monosomie und Trisomie

• Antragstellerin: Professorin Dr. Zuzana Storchova
• Fachliche Zuordnung: Zellbiologie ; Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung
• Förderung: Förderung seit 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 404082216

Menschliche Zelle sind diploid und enthalten in ihrem Kern 22 somatische Chromosomenpaare sowie zwei Geschlechtschromosome. Eine abweichende Chromosomenzahl, bekannt auch als Aneuploidie, hat überwiegend negativen Folgen auf den zellulären Metabolismus. Dennoch wird Aneuploidie in mehr als 80 % aller Krebsgenome beobachtet. Die Gründe für diese Defekte, sowie die Mechanismen, welche es Krebszellen ermöglichen, sich an einen aberranten Karyotyp anzupassen, sind nur unzureichend verstanden. Welche Funktion die Aneuploidie bei Krebs hat bleibt unklar. Für die Untersuchung dieser Fragestellungen haben wir erfolgreich menschliche Zellen etabliert, welche zusätzliche Chromosomen im Zellkern tragen. Neu ist es uns aber auch gelungen, Zellen herzustellen, bei welchen einzelne Chromosome fehlen. Solche monosomische Zellen teilen sich langsamer als die diploiden, isogenen Kontrollzellen, akkumulieren DNA-Schäden, zeigen eine beeinträchtigte Translation und Ribosomenbiogenese und eine permanente Aktivierung des p53-Signalweges. In Anbetracht dieser Beobachtung stellen sich drei Fragen: A) Was sind die molekularen Ursachen für diese Phänotypen? B) Was ist der Auslöser für die p53-Aktivierung? C) Wie umgehen Krebszellen mit Monosomie die schädlichen Folgen des Chromosomenverlustes? Im folgenden Projekt werden wir die molekularen Mechanismen identifizieren, die der Akkumulation von DNA-Schäden zugrunde liegen. Wir werden die Hypothese prüfen, ob eine Haploinsuffizienz von ribosomalen Proteinen für die beeinträchtigte Translation und Ribosomenbiogenese verantwortlich ist. Wir werden prüfen, ob die Aktivierung von p53 in monosomischen Zellen durch Akkumulation von DNA-Schäden, durch Ribosomen-Biogenese-Stress oder durch andere Ursachen hervorgerufen wird. Zusätzlich werden wir bestimmen, wie sich menschliche Zellen an die Monosomie anpassen. Zu diesem Zweck werden wir eine in vitro Evolutionsexperiment mit monosomischen Zellen durchführen und mittels Sequenzierung die genetischen Veränderungen identifizieren, die zu einer Verbesserung der Proliferation führen. Zweitens werden wir CRISPR/Cas9-basierte, genomweite Screens durchführen, um Gene zu identifizieren, deren Aktivierung oder Hemmung (CRISPRa bzw. CRISPRi) spezifisch die Proliferation von monosomischen Zellen beeinflusst. Der Screen soll sowohl in p53-positiven als auch -negativen Zelllinien durchgeführt werden. Ein ähnlicher Ansatz wird auch für Zellen mit einem zusätzlichen Chromosom verwendet. Ausgewählte Kandidaten, die sowohl im CRISPRa- als auch im CRISPRi-Screen einen signifikanten, entgegengesetzten Effekt zeigen, werden anschließend in aneuploiden Zellen funktionell validiert. Die Ergebnisse aus diesen Experimenten werden mit den verfügbaren Krebsgenom-Datenbanken verglichen. Unser Projekt wird nicht nur unser Verständnis für die Folgen von Chromosomenaberrationen verbessern, sondern auch Aufschluss darüber geben, wie Monosomie und Trisomie zur Tumorentstehung beitragen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen