A central control hub in DNA damage responses: function and regulation of the RBR module
Final Report Abstract
Die Beschädigung ihrer DNA stellt für alle Lebewesen eine große Bedrohung dar. Im Vergleich zu Tieren ist allerdings immer noch wenig über die DNA-Schadensantwort in Pflanzen bekannt, obwohl diese auch für angewandte Fragestellungen von großer Wichtigkeit ist. Z.B. schädigt die Aufnahme von Aluminium aus dem Boden die pflanzliche DNA und trägt wahrscheinlich zu den drastischen Wachstumseinbußen auf saurem Boden bei, in welchem Aluminiumionen mobil werden. In unseren Vorarbeiten konnten wir zeigen, dass das pflanzliche Homolog des human Tumorsuppressorgens Retinoblastoma, genannt RBR1 in Arabidopsis, eine zentrale Funktion bei der DNA-Schadensantwort in Arabidopsis spielt. RBR1 kontrolliert dabei zum einen die Expression von Genen, die bei der DNA-Schadensantwort wichtig sind wie z.B. dem Reparaturgen BRCA1. Zum anderen hat RBR1 aber auch eine lokale Funktion an den DNA-Läsionen und ist für die korrekte Lokalisation des Reparaturproteins RAD51 notwendig. In unseren Vorarbeiten haben wir in Arabidopsis genomweit Gene identifiziert, an deren Promoter RBR1 bindet. In diesem Projekt sollten nun drei dieser Gene im Bezug zur DNA-Schadensantwort genau charakterisiert werden: KNOTEN1 (KNO1), UBIQUITIN-SPEZIFISCHE PROTEASE 21 (UBP21) und EARLY DEHYDRATION RESPONSIVE 7 (ERD7). Für alle drei Gene ist die genaue Funktion bei DNA-Schäden nicht bekannt und unsere Forschung hat somit das große Potential, neue Mechanismen bei der DNA-Schadensantwort aufzuklären und diese damit möglicherweise auch in eine Anwendung zu bringen. Unsere Arbeiten zeigen, dass alle drei Gene für das Wachstum unter DNA-schädigenden Bedingungen notwendig sind. KNO1 interagiert interessanterweise mit einem in Tieren sehr gut untersuchten Komplex, dem 9-1-1-Komplex, der in Tieren auch eine essentielle Rolle bei der DNA-Schadensantwort spielt. In Pflanzen ist über diesen Komplex noch nicht sehr viel bekannt und in diesem Projekt konnte nun eine solide Basis gelegt werden, um einerseits den 9-1-1-Komplex besser zu untersuchen und dann auch zu verstehen, in welchem Verhältnis er zu KNO1 steht. UBP21 ist eine Protease und es war uns möglich hier die Interaktion mit einem Replikationsregulator zu zeigen. Die Bedeutung dieser Interaktion muss nun weiter untersucht werden. Auch für das dritte Gen, ERD7, konnten wir zeigen, dass dieses bei der Gabe von Cisplatin und Bleomycin für das Wachsen der Pflanze wichtig ist. Dieses Gen verhalf uns dazu, mindestens einen Großteil des Proteoms - vielleicht sogar das gesamte Proteom - von Lipidtröpfchen identifizieren. Interessanterweise konnten wir weiterhin zeigen, dass bei der Schädigung der DNA, die Lipidtröpfchenanzahl drastisch reduziert wird. Derzeit laufen noch Untersuchungen zur Aufklärung, wie die zelluläre Lipidzusammensetzung sich nach DNA-Schädigung ändert. Dazu haben wir mehrere kleine G-Proteine als Interaktoren von ERD7 identifiziert. Es ist also gelungen, die Charakterisierung aller drei RBR1-Zielgene mit unseren Arbeiten maßgeblich voranbringen. Das Vorankommen in diesem Projekt wurde leider durch die Corona-Pandemie stark eingeschränkt. Somit stehen bei allen drei Genen weitere Untersuchungen an, um auf ein molekular-mechanistisches Verständnis der Genfunktion zu gelangen. Aufgrund der erzielten Ergebnisse verfassen wir allerdings im Moment eine erste Publikation. In dieser Veröffentlichung soll der Lipidmetabolismus bei DNA-Schädigung vorgestellt werden. Dies ist ein bisher nur sehr wenig untersuchter und wenig verstandener Aspekt der DNA- Schadensantwort. Gleichzeitig soll die Funktion von ERD7 als Gen vorgestellt werden, dass bei der DNA-Schadensantwort eine Rolle spielt. ERD7 ist bisher im Kontext von Hitze- und Trockenstress beschrieben worden und eine Rolle bei der DNA-Schadensantwort eröffnet nun ein weiteres Forschungsfeld und trägt möglicherweise damit aber auch zu einem Verständnis von ERD7 und anderen Gene aus dem Trockenstress bei, von denen interessanterweise auch einige von uns als RBR1-Zielgene identifiziert wurden.
