Bedeutung der oxidativen DNA-Schädigung für die Tumorentstehung
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Oxidative DNA-Modifikationen entstehen in allen Zellen und Geweben ständig unter dem Einfluss reaktiver Sauerstoffspezies (ROS). Sie sind eine wichtige Quelle "spontaner" Mutationen und tragen deshalb vermutlich zur "spontanen" Krebsentstehung bei. Es muss daher angenommen werden, dass Gene bzw. Faktoren, die die Bildung oder Reparatur oxidativer DNA-Modifikationen beeinflussen, wichtige "Suszeptibilitätsfaktoren" bei der Kanzerogenese darstellen. Ziel des Teilprojektes war es, diese Hypothese zu prüfen und die tatsächliche Bedeutung der endogenen oxidativen DNA-Schäden zu ermitteln. Dazu wurde zum einen untersucht, welche endogenen Faktoren und Mechanismen maßgeblich entweder die Bildung oder die Reparatur der oxidativen DNA-Modifikationen beeinflussen. Zum anderen werden die Konsequenzen erhöhter oxidativer DNA-Modifikationen für die Mutagenese und Kanzerogenese in vivo untersucht. Zum ersten Fragenkomplex konnten wir nachweisen, dass verschiedene Proteine wie das Cockayne-Syndrom-B Protein (CSB), die Poly(ADP-ribosyl)transferase PARP1 und bestimmte Proteine der Nukleotidexzisionsreparatur (XPA, XPG, nicht jedoch XPC) in bisher nicht bekannter Weise an der globalen Reparatur von oxidativen DNA-Basenmodifikationen wie 8-Oxo-7,8-dihydroguanin (8-oxoG) beteiligt sind. Der Mechanismus dieses neuen Reparaturweges wurde teilweise aufgeklärt. Weiterhin wurde der Redoxstatus der Zellen als wichtiger Einflussfaktor für die Reparatur oxidativer DNA-Basenmodifikationen erkannt und charakterisiert. In diesem Zusammenhang kommt auch einem Polymorphismus der Reparaturglykosylase OGG1 (OGG1-S326C) beim Menschen erhebliche Bedeutung zu. Als eine Quelle der endogenen Bildung der oxidativen Schäden wurde die Cytochrom-P450-Reduktase identifiziert; die Bedeutung der in den Mitochondrien gebildeten ROS für die Schädigung der chromosomalen DNA erwies sich interessanterweise als eher gering. Zum zweiten Fragenkomplex wurden sehr wichtige Erkenntnisse aus dem Vergleich der spontanen Mutagenese und Kanzerogenese in Wildtyp- und Reparaturdefizienten Mäusen (Ogg1-/- bzw. Ogg1-/- / Csb-/-). Der Defekt der spezifischen Reparatur oxidativer DNA-Basenmodifikationen führte erwartungsgemäß zu erhöhten basalen Spiegeln der oxidativen Purinmodifikationen (8-oxoG) in den Lebern der Mäuse. Wir konnten zeigen, dass dieser Anstieg mit einem unerwartet hohen Anstieg der gesamten spontanen Mutationsrate verbunden war. Bei Stimulierung der Leberzellproliferation durch Fütterung eines Peroxysomemproliferators (WY14-643) führten diese Mutationen (meist GC -> TA Transversionen) zu vermehrten präneoplastischen Läsionen in der Leber. Damit konnte gezeigt werde, dass den endogen gebildeten oxidativen DNA-Basenmodifikationen ein erhebliches Potential zur Initiation von Tumoren zukommt. Die Bedeutung der endogenen oxidativen DNA-Schädigung für die spontane, nicht durch Fremdstoffe induzierte Krebsentstehung wird durch diese Untersuchungen nachdrücklich belegt.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Poly(ADP-ribosyl)ation accelerates DNA repair in a pathway dependent on Cockayne syndrome B protein, Nucleic Acids Res. 31, 5332-5337 (2003)
Flohr, C. Bürkle, A., Radicella, J.P., and Epe, B.
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Reactive oxygen species derived from the mitochondrial respiratory chain are not responsible for the basal levels of oxidative base modifications observed in nuclear DNA of mammalian cells, Free Radical Biol. Med. 36, 765- 773 (2004)
Hoffmann, S., Spitkovsky, D., Radicella, J.P., Epe, B. and Wiesner, R.J.
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Incorporation of dUMP into DNA is a major source of spontaneous DNA damage, while excision of uracil is not required for cytotoxicity of fluoropyrimidines in mouse embryonic fibroblasts, Carcinogenesis, 26, 547-555 (2005)
Andersen, S. Heine,T. Sneve,R., König, I., Krokan, H.E., Epe, B., and Nilsen, H.
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Overexpression of AP endonuclease 1 partially corrects both the defective single-strand break repair and the basal genomic instability in Xrcc1-deficient cells, Nucleic Acids Res., 33, 298-406 (2005)
Sossou, M., Flohr-Beckhaus, C., Schulz, I., Epe, B., and Radicella, J.P.
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Human cytochrome-P450 reductase can act as source of endogenous oxidative DNA damage and genetic instability. Free Rad. Biol. Med., 40, 801-807 (2006)
Heine, T., Glatt H. and Epe, B.
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Deficiency of Cockayne Syndome B (CSB) gene aggrevates the genomic instability caused by endogenous oxidative DNA base damage in mice. Oncogene 26, 4044-4048 (2007)
Trapp, C., Reite, K., Klungland A. and Epe, B.
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Is the repair of oxidative DNA base modifications inducible by a preceding DNA damage induction? DNA Repair 6, 367-373 (2007)
Bercht, M., Flohr-Beckhaus, C., Osterod, M., Rünger, T.M., Radicella, J.P. and Epe, B.
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The basal levels of 8-oxoG and other oxidative modifications in intact mitochondrial DNA are low even in repair-deficient (Ogg1-/- / Csb -/-) mice. Mutation Res. 625, 155-163 (2007) 23
Trapp, C., McCullough, A.K. and Epe, B.
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The peroxisome proliferator WY-14,643 promotes hepatocarcinogenesis caused by endogenously generated oxidative DNA base modifications in repairdeficient Csb m/m/Ogg1-/- mice. Cancer Res., 67, 5156-5161 (2007)
Trapp, C. Schwarz, M. and Epe, B.
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Use of destabilized green fluorescent protein to sense the transcription block by genotoxic DNA lesions. BioTechniques, 43, 222-227 (2007)
Kitsera, N. Khobta, A. and Epe, B.
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Oxidative stress impairs the repair of oxidative DNA base modifications in human skin fibroblasts and melanoma cells. DNA Repair, 7, 912-921 (2008)
Eiberger, W., Volkmer, B., Amouroux, R., Dhérin, C, Radicella, J.P. and Epe, B.
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8-Oxoguanine DNA glycosylase (Ogg1) causes a transcritptional inactivation of damaged DNA in the absence of functional Cockayne syndrome B (Csb) protein. DNA Repair, 8, 309-317 (2009)
Khobta, A., Kitsera N., Speckmann, B. and Epe, B.
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Oxidation status of human OGG1-S326C polymorphic variant determines cellular DNA repair capacity. Cancer Res., 69, 3642-9 (2009)
Bravard, A., Vacher, M., Moritz, E., Vaslin, L., Hall, J., Epe, B. and Radicella, J.P.
