Neue Erkenntnisse in die Kooperation von elementaren strukturellen Chromatineinheiten im Mikro- und Nanobereich bei der Entscheidungsfindung über den DNA-Reparaturweg (NANOREP)

• Antragsteller: Professor Dr. Michael Hausmann
• Fachliche Zuordnung: Nuklearmedizin, Strahlentherapie, Strahlenbiologie ; Biophysik
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 432117611

Es ist eine seit langem offene Frage, inwieweit die Genomarchitektur sowohl die Chromatinempfindlichkeit gegenüber der Induktion von DNA-Doppelstrangbrüchen (DSB) als auch die Effizienz ihrer Reparatur oder die Entscheidung über den Reparaturweg an einer bestimmten Schadensstelle beeinflusst. Wir schlagen vor, dass primär eine funktionell korrelierte Genomarchitektur die Architektur von Reparaturfoci bestimmt, die wiederum die Reorganisation des Chromatins nach einer DSB-Schadenstelle und damit die Zugänglichkeit für Reparaturweg spezifische Proteine regulieren. Diese Hypothese schließt nicht aus, dass die Verfügbarkeit von Reparaturproteinen am Schadensort einen zusätzlich Einfluss auf die Entwicklung der Chromatinreorganisation und -architektur haben kann, da im allgemeinen molekulare Wechselwirkungskräfte für den Prozess verantwortlich sein können. Zelllinien, die als Modellsysteme verwendet werden und bei denen bekannt ist, dass sie unterschiedliche Grundlevels an Reparaturproteine aufweisen, sollten einen unterschiedlichen zeitlichen Verlauf bei der Entwicklung der Genomarchitektur aufweisen. Ein kritischer Punkt bei der DSB-Reparatur - die Entscheidung für einen bestimmten Reparaturpfad bei jedem einzelnen DSB - würde auf struktureller Basis durchgeführt werden, wenn unsere Hypothese zutrifft. Vor kurzem veröffentlichte vorläufige Ergebnisse haben diesbezügliche Hinweise ergeben. Multi-Skalen- (Mikro → Nano-) Unterschiede in der Genomarchitektur zwischen Krebs- und Nichtkrebszelltypen und ihre nachfolgende Entwicklung nach der Induktion von DNA-Schäden könnten somit zelltypenspezifische und schadensstellen-typische Reparaturprozesse zumindest teilweise erklären. Dies könnte letztendlich auch eine Antwort liefern, auf welche Art Krebszellen auf Strahlentherapie reagieren, oder generell auf Radioempfindlichkeit von Zellen sein. In diesem vorgeschlagenen Projekt konzentrieren wir uns auf Grundlagenforschung zu diesem Anwendungsaspekt, um die molekularen Foci von γH2AX-Phosphorylierungsstellen und ausgewählten Proteinen (53BP1, MRE11, Rad51, MRI) nach spezifischer Fluoreszenzmarkierung detailliert zu untersuchen. Diese Foci werden in Bezug auf ihre Chromatin-Umgebung untersucht, die mit Heterochromatin oder Euchromatin-spezifischen Antikörpern in Kombination mit eindeutig bindenden Oligonukleotiden (z. B. ALU-, L1-Sequenzen) markiert ist. Die synergistische Zusammenarbeit der etablierten Arbeitsgruppen in Brünn und Heidelberg, der Einsatz von Spitzentechnologien (z.B. Einzelmolekül-Lokalisations-Nanoskopie, spezifische Nano-Sondierungen von Chromatin usw.) und neu entwickelte mathematische Ansätze zur Datenauswertung bieten einzigartige Möglichkeiten, unsere Hypothesen zu überprüfen und ggf. zu bestätigen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Tschechische Republik
• Partnerorganisation: Czech Science Foundation
• Kooperationspartner: Dr. Martin Falk, Ph.D.