Untersuchungen epigenetischer Mechanismen von ID3 bei DNA-Reparatur und Genomstabilität - Mögliche Auswirkung auf die Krebstherapie

• Antragsteller: Ali Bakr, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Humangenetik
• Förderung: Förderung seit 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 429192355

Der Inhibitor der DNA-Bindung 3 (ID3) ist ein Transkriptionsrepressorprotein, das die Bindung von basischen Helix-Loop-Helix (bHLH)-Transkriptionsfaktoren an DNA begrenzt. Die ID3-Expression ist bei menschlichen Krebserkrankungen häufig dereguliert. Wir haben kürzlich berichtet, dass ID3 eine zweifache Rolle bei der Reparatur von DNA-Doppelstrangbrüchen (DSB) spielt, insbesondere bei der homologen Rekombination (HR), und dass sein Verlust Krebszellen gegenüber therapeutisch verfügbaren PARP-Inhibitoren sensibilisiert. Mechanistisch interagiert ID3 mit dem MRN-Komplex und der RECQL-Helikase, um die DSB-Reparatur zu aktivieren, und es erleichtert sowohl das Beladen der Bruchenden mit RAD51 als auch nachfolgende Schritte der HR. Außerdem reguliert ID3 die Expression von HR-Genen nach Exposition gegenüber ionisierender Strahlung, indem es sowohl die Zugänglichkeit des Chromatins als auch die Aktivität des Transkriptionsfaktors E2F1 reguliert. Weitere noch unveröffentlichte Daten unseres Labors zeigen mögliche Proteininteraktionen zwischen ID3 und wichtigen Chromatinmodifikatoren sowie die Herunterregulierung zentraler epigenetischer Akteure in ID3-depletierten Zellen. Darüber hinaus zeigen vorläufige ChIP-qPCR-Analysen eine reduzierte Anreicherung von H4K16ac, H3K27ac und H3K36me3 nach zellulärem ID3-Knockdown, insbesondere bei HR-assoziierten DSBs. Wir beobachten auch, dass der Verlust von ID3 Tumorzellen gegenüber HDAC-Hemmung empfindlich macht, was eine neue therapeutische Möglichkeit zur Behandlung von ID3-defizienten Tumoren eröffnen könnte. Basierend auf diesen Daten stellen wir die Hypothese auf, dass (i) ID3 das Potenzial hat, sowohl DNA-Reparatur als auch Genomstabilität epigenetisch zu beeinflussen, indem es die Chromatinumgebung der genomischen Regionen, die DSBs flankieren, verändert, und (ii) dass epigenetische Medikamente wirksame Werkzeuge sein könnten, um ID3-defizienten Krebszellen selektiv abzutöten. Unser Ziel ist es, die Mechanismen aufzuklären, wie sich ein ID3-Mangel sowohl auf die Chromatinzugänglichkeit als auch auf posttranslationale Histonmodifikationen an DNA-Abschnitten mit DSBs auswirkt. Dabei werden Technologien wie ATAC-seq, ACT-seq und ChIP-seq eingesetzt, um Chromatindynamik, Zugänglichkeit und Histonmodifikationen sowohl genomweit als auch an spezifischen DSB-Stellen in Wildtyp- und ID3-depletierten Zellen zu untersuchen. Darüber hinaus werden wir ein umfassendes Wirkstoffscreening mit einer epigenetischen Wirkstoffbibliothek in ID3-defizienten Zellen durchführen, um potenzielle therapeutische Kandidaten zu identifizieren. Die Wirksamkeit der vielversprechendsten Kandidaten wird anschließend in vivo anhand von ID3-WT- und ID3-KO-Xenograft-Modellen validiert. Die aus diesem Forschungsprojekt resultierenden Erkenntnisse sollen es ermöglichen, die epigenetischen Folgen des ID3-Mangels aufzuklären und aufzuzeigen, wie ID3-defiziente Krebszellen effizient behandelt werden können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen