Untersuchungen zum Mechanismus der Auswahl eines Reparaturweges bei der Verarbeitung von ionisierender Strahlung induzierten DNA Doppelstrangbrüchen

• Antragsteller: Professor Dr. George Iliakis
• Fachliche Zuordnung: Nuklearmedizin, Strahlentherapie, Strahlenbiologie
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 415585014

Ionisierende Strahlung (IR) erzeugt durch die Induktion von DNA-Doppelstrangbrüchen (DSBs) schädliche Wirkungen wie z. B. das Abtöten von Zellen oder die Karzinogenese. DSBs sind schwere Läsionen, die in Zellen die "DNA Damage Response (DDR)" hervorrufen: ein Netzwerk von Signaltransduktionswegen, die den Zellmetabolismus umfassend modifizieren und die Bühne für DSB-Prozessierung, zelluläre Anpassung, programmierten Zelltod oder Seneszenz bereiten. DSBs werden effizient in Zellen repariert, sind jedoch mit schweren biologischen Wirkungen verbunden, da ihre Verarbeitung mit Mutationen und chromosomalen Translokationen verbunden ist. Das vorliegende Projekt untersucht, wie der DSB-Verarbeitungsapparat diese Effekte unterstützt. Vier Wege, die auf unterschiedlichen Prinzipien basieren, verarbeiten DSBs: Homologe Rekombinationsreparatur (HRR), kanonische nicht-homologe Endverknüpfung (c-NHEJ), alternative Endverknüpfung (alt-EJ) und Single Strand Annealing (SSA). Überraschenderweise ist nur HRR in der Lage das Genom zuverlässig wiederherzustellen, während alle verbleibenden Wege, einschließlich enzymatisch dominantem c-NHEJ, Mutationen und Translokationen tolerieren bzw. katalysieren. Somit bestimmt die Wahl des Reparaturweges, ob genomische Veränderungen die DSB-Verarbeitung begleiten. Hier formulieren und testen wir eine neue Hypothese bezüglich der Auswahl des DSB-Reparaturwegs, die unser Verständnis von Logik und Notwendigkeiten der DSB-Verarbeitung verbessern soll. Die zentrale Frage lautet: Wie wählen Zellen zwischen c-NHEJ und HRR? Wir liefern Beweise dafür, dass die Translokation von Ku weg vom DNA-Ende, vermittelt durch DNA-PK-Autophosphorylierung in den anfänglichen Schritten von c-NHEJ, seine Konformation verändert und eine Wechselwirkung mit Mre11 induziert, die Resektion und HRR auslöst. Wir zeigen, dass unter bestimmten Bedingungen gut über 50% der DSBs durch HRR verarbeitet werden können, weshalb ein solcher Mechanismus für die genomische Integrität von hoher Relevanz ist. Eine große Anzahl vielversprechender vorläufiger Experimente begleitet die Entwicklung von drei Arbeitspaketen, die Interaktionen zwischen Ku und Mre11 in vitro und in vivo testen und ihre Verbindungen zum c-NHEJ- und HRR-Apparat sowie zu Checkpoints analysieren. Die beabsichtigte molekulare Charakterisierung des DSB-Verarbeitungsapparates wird unser Verständnis genomischer Instabilitätsquellen vorantreiben und die Entwicklung von Strategien zur Verbesserung des Strahlenschutzes und der Strahlentherapie beschleunigen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen