Aufklärung unerwarteter Funktionen der Separase in der Interphase: Die Trigger-Protease der mitotischen Chromosomensegregation als Entscheidungsträger bei der DNS-Schadensantwort

• Antragsteller: Professor Dr. Olaf Stemmann
• Fachliche Zuordnung: Zellbiologie ; Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung ; Biochemie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 501106432

DNS-Doppelstrangbrüche (DSBs) bedrohen ständig die Integrität des Genoms und müssen repariert werden, um den Tod, Entartung oder Alterung der Zelle zu verhindern. Eine Zelle, die DSBs erleidet, muss entscheiden, ob sie sich durch Apoptose im Interesse des Organismus opfert oder versucht, den Schaden zu reparieren. Im letzteren Fall muss die Zelle dann zwischen zwei wichtigen Reparaturwegen wählen, dem schnellen, aber potenziell mutagenen NHEJ oder dem langsameren, aber fehlerfreien HR. Bei der Untersuchung von Separase, die die Chromosomentrennung in allen eukaryontischen M-Phasen auslöst, haben wir die unerwartete Entdeckung gemacht, dass diese essenzielle Protease auch wichtige Funktionen in der Interphase des Zellzyklus inne hat. Unsere vorläufigen Daten deuten darauf hin, dass Separase an den beiden oben genannten Entscheidungen der DNS-Schadensantwort (DDR) beteiligt ist: Apoptose oder Reparatur und, falls Reparatur, NHEJ oder HR? Wir haben herausgefunden, dass Separase an DSBs rekrutiert und aktiviert wird und dort das anti-apoptotische Bcl-xL und das NHEJ-fördernde 53BP1 spaltet. Diese Spaltungen erfordern Substratphosphorylierungen durch die DDR-Kinase ATM und begünstigen - abhängig von der DSB-Belastung - Apoptose oder HR. Im ersten Teilprojekt werden wir den wechselseitigen Transport zwischen Mitochondrien und Zellkern untersuchen, der erforderlich ist, um Bcl-xL zur Spaltung zu DSBs und die pro-apoptotisch wirkenden Fragmente zurück zu den Mitochondrien zu bringen. Wir werden die Phosphorylierungen auf Bcl-xL kartieren und die durch sie hervorgerufenen strukturellen Veränderungen untersuchen, die die Spaltung durch Separase ermöglichen. Wir werden den molekularen Mechanismus entschlüsseln, durch den gespaltenes Bcl-xL aktiv den intrinsischen Weg der Apoptose einleitet. Ein p53-unabhängiger Zweig der DSB-induzierten Apoptose, dessen Existenz seit langem nachgewiesen ist, bleibt in seiner molekularen Identität bis heute unbekannt. Wir werden die Vorhersage testen, dass Separase und Bcl-x diesen Weg repräsentieren, und wir werden Separase/Bcl-xL mit p53 im Hinblick auf seine Bedeutung für die DSB-induzierte Apoptose vergleichen. Es ist bekannt, dass 53BP1 eine Phasentrennung durchläuft, um NHEJ-Kompartimente um gebündelte DSBs zu bilden. Seine Rekrutierungsfunktion für andere Faktoren macht 53BP1 zu einem direkten Gegenspieler des krebsrelevanten, HR-fördernden BRCA1. Daher werden wir im zweiten Teilprojekt untersuchen, ob die Separase-vermittelte Spaltung DSB-induzierte 53BP1-Assemblierungen auflöst und wie sie die Zusammensetzung der Reparaturfaktoren an DNS-Schadensstellen beeinflusst. Durch die Erzeugung von Zellen, die nur nicht-spaltbares 53BP1 oder hypo- bzw. hyperaktive Separase enthalten, werden wir schließlich den Einfluss der Separase auf die Wahl des Reparaturweges bestimmen sowie auf die Empfindlichkeit von BRCA1-defizienten Zellen gegenüber einer DDR-spezifischen Klasse von Krebsmedikamenten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen