Struktureller Mechanismus der Erkennung und Prozessierung blockierter DNA Enden durch den DNA Doppelstrandbruch Reparaturfaktor Mre11-Rad50

• Antragsteller: Professor Dr. Karl-Peter Hopfner
• Fachliche Zuordnung: Strukturbiologie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 505903095

DNA-Doppelstrangbrüche bedrohen die genomische Integrität in allen phylogenetischen Kladen. Der Mre11-Rad50-Komplex ist ein universell konservierter ATP-abhängiger Sensor und Nuklease für DNA-Doppelstrangbrüche, speziell solche mit blockierten Termini. Der Komplex ist in der Lage, sehr unterschiedliche DNA-Enden zu erkennen, darunter Haarnadeln, und kovalent gebundene Proteine und die DNA in der Umgebung zu schneiden. So entsteht ein sauberes Substrat für die weitere Reparatur. Wir haben vor kurzem die Kryo-EM-Struktur von prokaryotischem Mre11-Rad50 an einem free DNA-Ende bestimmt, was einen ersten Einblick in die Architektur ermöglichte. Unsere Analyse deutet darauf hin, dass Mre11-Rad50 eine "Topologie-spezifische Nuklease" bildet, eine große ringförmige Proteinstruktur mit “Coiled-Coils”, die DNA-Enden, aber nicht intakte DNA umschliesst. In diesem Antrag wollen wir diese Hypothese testen. Kryo-EM wird mit biochemischen Assays, kollaborativer Hochgeschwindigkeits-AFM und Protein-Engineering kombiniert, um zu verstehen, wie Mre11-Rad50 ATP-abhängig DNA Enden erkennt, auf die DNA lädt und diese in der Umgebung der Enden schneidet. Wir untersuchen den Mechanismus der ATP-induzierten globalen Konformationskontrolle, den Lademechanismus, Clustering auf der DNA, sowie die Chemomechanik des Coiled-Coil-Rings. Die Ergebnisse werden einen "molekularen Film" darüber liefern, wie Mre11-Rad50 verschiedene blockierte Enden erkennen und verarbeiten kann, einen der unverstandenen, grundlegenden Mechanismen der DNA-Doppelstrangbruchreparatur.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen