Analyse der Relevanz der epigenetischen Modulatoren HDAC1, HDAC2 und HDAC3 für die Zytotoxizität und die Induktion von DNA-Schäden in Tumorzellen bei DNA Replikationsstress

• Antragsteller: Professor Dr. Oliver Holger Krämer
• Fachliche Zuordnung: Toxikologie, Laboratoriumsmedizin ; Hämatologie, Onkologie ; Pharmakologie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 496927074

Über 3 Milliarden Basenpaare einer Säugerzelle werden bei jeder Zellteilung repliziert. Der Ribonukleotid Reduktase Hemmer Hydroxyurea unterbindet die Desoxynukleotid-Synthese und verlangsamt DNA-Replikationsgabeln. Deren längeres Anhalten bewirkt, dass sie kollabieren und DNA-Doppelstrangbrüche werden. Diese werden durch homologe Rekombination repariert. Werden solche DNA-Schäden nicht repariert, sind sie zytotoxisch. Es wird intensiv an Mechanismen geforscht, die die komplexen zellulären Reaktionen auf Replikationsstress und das damit verbundene Zellschicksal bestimmen. Es mehren sich Hinweise, dass epigenetische Modulatoren aus der Histondeacetylase-Familie Stressreaktionen kontrollieren. Es ist jedoch oft unbekannt, wie die 18 Histondeacetylasen in Säugerzellen die Signalleitung nach Replikationsstress und deren Folgen beeinflussen. Darüber hinaus gibt es nur begrenzt Erkenntnisse dazu, wie Histondeacetylasen bestimmte Genexpressionsmuster und Phosphorylierungsereignisse bei Replikationsstress regulieren. Wir zeigen, dass eine Hemmung der Histondeacetylasen HDAC1, HDAC2 und HDAC3 in leukämischen Zellen mit Replikationsstress zu programmiertem Zelltod (Apoptose) führt. Dies beruht auf dem Transkriptionsfaktor p73 und einer davon abhängigen Induktion des pro-apoptotischen Proteins NOXA. Weiter zeigen wir, dass die Tyrosinkinase ABL für die Akkumulation von p73 und NOXA erforderlich ist und dass p73 bei Replikationsstress und einer Hemmung von HDAC1, HDAC2 und HDAC3 an den NOXA Genpromotor bindet. Histondeacetylase Inhibitoren bewirken einen Verlust von Proteinen, die homologe Rekombination fördern und Replikationsgabeln schützen. Dies könnte die Ursache für DNA-Schäden und die Aktivierung des ABL-p73-NOXA Moduls bei Replikationsstress sein. In dem beantragten Projekt wollen wir definieren, wie HDAC1, HDAC2 und HDAC3 das Schicksal von leukämischen Zellen und Pankreaskrebszellen mit Replikationsstress kontrollieren. Wir nehmen an, dass eine von diesen Enzymen regulierte, p73-abhängige Induktion von NOXA ein neu identifizierter und entscheidender Schalter dafür ist, ob Zellen unter pharmakologisch induziertem Replikationsstress apoptotisch werden. Wir vermuten eine direkte Bindung von HDAC2 an den NOXA Promotor. Eine weitere Arbeitshypothese ist, dass eine Hemmung von mindestens einer der Deacetylasen HDAC1, -2 und -3 die homologe Rekombination unterdrückt und so DNA-Schäden verursacht, die phosphorylierungsabhängig ABL und p73 induzieren. Wir wollen moderne genetische Modelle (CRISPR-Cas9-Knockout/-Aktivierung), spezifische Inhibitoren, Proteinanalysen, DNA-Schadens-Analysen und RNA-Sequenzierung einsetzen, um diese Hypothesen zu testen. Dieses Wissen wird Einblicke in molekulare Mechanismen geben, die Signalwege bei DNA Replikationsstress kontrollieren. Wir werden gemeinsame und individuelle Funktionen von HDAC1, HDAC2 und HDAC3 definieren und erkennen, wie ihre Hemmung bei Replikationsstress zu toxischen DNA-Schäden und Apoptose führt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen