Zelluläre DNA-Reparatur und toxizitätsbestimmende Faktoren der bedeutenden oxidativen Basenmodifikation Thyminglykol

• Antragsteller: Professor Dr. Andriy Khobta
• Fachliche Zuordnung: Toxikologie, Laboratoriumsmedizin ; Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung
• Förderung: Förderung seit 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 406568501

Hydroxylradikal (HO•) – eine extrem reaktive Spezies, die in Zellen durch Radiolyse von Wasser und endogene Redoxreaktionen entsteht – verursacht zahlreiche Arten von DNA-Schäden. Während die zelluläre Prozessierung von Schäden am Zucker-Phosphat-Rückgrat und an Purinnukleobasen umfassend charakterisiert wurde, bleiben die Reparatur und die schädlichen Auswirkungen von beschädigten Pyrimidinen noch wenig erforscht. Während der ersten Förderperiode haben wir Gen-Knockout-Zelllinien erzeugt und reparaturresistente synthetische Nukleotidanaloga eingesetzt, um die Reparatur sowie das Transkriptionsblockierungs- und Fehlcodierungspotenzial von Thymin-Glykol (TG) – dem Zerfallsprodukt von Thymin (T) und 5-Methylcytosin (5mC), das durch deren Reaktionen mit HO• induziert wird – zu untersuchen. Die Ergebnisse zeigten, dass die NTHL1-initiierte Basen-Exzisionsreparatur (BER) der wichtigste Reparaturweg für TG in Humanzellen ist, während die Nukleotid-Exzisionsreparatur (NER) kaum oder gar nicht daran beteiligt ist. Darüber hinaus beobachteten wir eine sehr effiziente Überquerung der Läsion während der Transläsionssynthese der DNA, mit überraschend niedrigen Raten fehlerhaften dNTP-Einbaus, was sich nur schwer mit den Literaturdaten zur Zytotoxizität der durch HO• induzierten Schäden in Einklang bringen lässt. Dies lässt vermuten, dass TG möglicherweise nicht das schädlichste Produkt der Thyminoxidation in der DNA ist. Tatsächlich führt die Addition von HO• an Pyrimidinbasen zur Bildung eines Radikalzwischenprodukts, das weiter zu TG oder zu einer strukturell nicht verwandten 5-Hydroxy-methylhydantoin (HydT)-Läsion zerfällt. Diese zusätzliche Komplexität im HO•-genotoxischen Pfad lässt uns die Hypothese aufstellen, dass einige der adversen Effekte, die üblicherweise TG zugeschrieben werden, möglicherweise von HydT ausgehen. Auch wenn die biologischen Konsequenzen und Reparaturmechanismen von HydT in Säugerzellen weitgehend unerforscht bleiben, konnten während der ersten Förderperiode durch eine Kooperation mit Chemikern sowohl synthetische HydT-Läsionen als auch deren BER-resistente Analoga synthetisiert werden. Wir planen daher, das ursprüngliche Vorhaben zu erweitern und synthetisch modifizierte DNA-Templates einzusetzen, um die Fehlcodierungseigenschaften sowohl der TG- als auch der HydT-Läsionen durch Analysen ihrer dNTP-Einbauprofile während der Transläsionssynthese in transfezierten Zellen zu bestimmen. Des Weiteren planen wir, den Reparaturweg der HydT-Läsion im zellulären Kontext, analog zur bereits erfolgten Aufklärung des TG-Reparaturmechanismus, zu charakterisieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen