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

Fachliche Zuordnung Nuklearmedizin, Strahlentherapie, Strahlenbiologie
Biophysik
Förderung Förderung von 2019 bis 2024
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 432117611
 
Erstellungsjahr 2024

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Das Projekt ging der Frage nach, in welchen Maß die räumliche Organisation des Chromatins, d.h. die Genomarchitektur und ihre Dynamik, Ordnungskriterien unterliegt und somit neben der Epigenetik steuernd in die Regulation von Reparaturvorgängen eingreift. Dies würde bedeuten, dass die Chromatinorganisation sowohl einen Einfluss auf die Strahlenempfindlichkeit hätte als auch die Zugänglichkeit von Reparaturproteinen beeinflusst und somit über den Reparaturweg an einer bestimmten Schadensstelle mitentscheidet. Mittels Einzelmolekül-Lokalisationsmikroskopie und mathematischen Auswerteverfahren, wie Ripley Statistik von paarweisen Punktabständen, Persistente Homologie, Persistentes Imaging und Hauptkomponentenanalyse, wurden die Chromatinorganisation als Ganzes (Heterochromatin, ALU-Regionen) und die räumliche Organisation von Doppelstrangbruch- Schadensmarkern (γH2AX, MRE11, 53BP1, Rad51) untersucht. Es wurde entsprechende Softwaretools etabliert und auf ausgewählte Beispiele angewendet. An Zellinien, die als Modellsysteme verwendet wurden, konnte gezeigt werden, dass die topologische Netzwerkmaschenstruktur von ALU-Regionen oder Heterochromatin sich signifikant nach Zelltyp im Latentraum der ersten beiden Hauptkomponenten unterscheidet. Nach Schadensinduktion durch niedrig-LET oder hoch-LET Strahlung konnte bei Fibroblasten festgestellt werden, dass sich die Chromatinorganisation während der Reparatur von DNA-Schäden so ändert, dass sie im Latentraum der beiden ersten Hauptkomponenten einen Zyklus durchläuft und nach erfolgreicher Reparatur die Ausgangsorganisation wieder erreicht. Bei Tumorzellen konnte dies nicht immer beobachtet werden. Vielmehr konnte gezeigt werden, dass diese nach 24 Stunden eine völlig geänderte Chromatinorganisation aufweisen können. Nach der Induktion von Doppelstrangbrüchen konnte gezeigt werden, dass γH2AX- oder 53BP1-Cluster bei nahezu konstant bleibendem Durchmesser eine Veränderung in der Topologie zeigten, die ebenfalls durch einen Zyklus im Latentraum der ersten beiden Hauptkomponenten beschrieben werden konnte. Die Endkonfiguration nach erfolgreicher Reparatur entsprach dabei typischen Topologien des γH2AX/53BP1 Cluster-Hintergrunds nicht bestrahlter Zellen. Dabei unterschieden sich Fibroblasten und ausgewählte Tumorzellsysteme nicht. Dagegen machte die Bestrahlungsart einen Unterschied. Während nach niedrig-LET Strahlung eine große Veränderung im Latentraum festgestellt werden konnte, waren die Veränderungen bei hoch-LET Strahlung relativ gering. Neben den experimentellen mikroskopischen Daten konnte durch die Computeranalyse von Datenbanken gezeigt werden, dass es kurz Sequenzmotive gibt, Die bestimmte Faltungs- und Verpackungseigenschaften der Chromatinorganisation begünstigen. Ebenso wurde das Vorhandensein von LINEs (L1) und SINEs (ALU) im Kontext der Chromatinorgansation und DNA-Reparatur untersucht.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

 
 

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