Spatio-Temporal Organisation of Genome Surveillance in Live Cells

• Applicant: Professor Dr. Thomas Cremer
• Subject Area: Human Genetics
• Term: from 2004 to 2011
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5423897

• Final Report Year: 2008

Final Report Abstract

Im Rahmen einer interdisziplinären Zusammenarbeit der Arbeitsgruppen von T. Cremer (Zellkernarchitektur, LMU Biozentrum), A.A. Friedl (LMU Strahlenbiologie) und G. Dollinger (Institut für Angewandte Physik und Messtechnik der Universität der Bundeswehr) wurde ein experimentelles System etabliert, um die Topographie der Reparatur von Strahlenschäden auf dem Niveau von Einzelzellen aufzuklären. Dazu wurde am Münchener Tandembeschleuniger (Maier Leibnitz-Laboratorium, Vorsitzender des Forschungskollegiums Reiner Krücken) eine lonen-Mikrobestrahlungsapparatur zur zielgenauen Bestrahlung von Zellkernen lebender Zellen mit einzelnen Ionen entwickelt. Damit können DNA-Doppelstrangbrüche an ausgewählten Orten des Zellkerns hervorgerufen werden. Wir konnten die Bildung von Y-H2AX an den Bestrahlungsorten und die Rekrutierung von Reparatur-Proteinen diesen Orten sowohl mittels indirekter Immunfluoreszenz an fixierten Zellen als auch mit Hilfe der Rekrutierung von GFP-markierten Reparatur-Proteinen in lebenden Zellen nachweisen. Das Schicksal der bestrahlten Zellen konnte über viele Stunden verfolgt werden. Ein biologisch wesentliches Ergebnis dieser Untersuchungen war der Nachweis, dass DSB, die an verschiedenen Orten des Zellkerns in unterschiedlichen zeitlichen Abständen erzeugt werden, um die verfügbaren Reparaturfaktoren konkurrieren. Dieser Effekt könnte zur Unterversorgung von neuen Schadensorten führen, wenn Pools verfügbarer Reparaturfaktoren durch die Bindung an bereits vorhandene Schadensorte erschöpft werden. In Verknüpfung mit neuen Möglichkeiten fluoreszenzoptischer und elektronenmikroskopischer Untersuchungen am LMU Biozentrum bietet der heute erreichte Stand der lonen-Mikrobestrahlung mit dem System SNAKE faszinierende Perspektiven, um die Topographie und Dynamik der DNA Reparatur auf dem Einzelzell-Niveau aufzuklären.

Publications

• 2004. Microirradiation of cells with energetic heavy ions. Radiat. Environ Biophys. 42:237-245
  Hauptner, A., S. Dietzel, G.A. Drexler, P. Reichart, R. Krücken, T. Cremer, A.A. Friedl, and G. Dollinger
  
• 2005. Microirradiation of Cells with Energetic Heavy Ions. Nucl. Instr. and Meth. B 231:195-201
  Dollinger, G., V. Hable, A. Hauptner, R. Krücken, P. Reichart, A.A. Friedl, G.A. Drexler, T. Cremer, and S. Dietzel
  
• 2006. DNA-repair protein distribution along the tracks of energetic ions. Radiat Prot Dosimetry 122:147- 149
  Hauptner, A., R. Krücken, C. Greubel, V. Hable, G. Dollinger, G.A. Drexler, M. Deutsch, R. Löwe, A.A. Friedl, S. Dietzel, H. Strickfaden, and T. Cremer
  
• 2006. Hydrogen Microscopy and Analysis of DNA Repair using Focused High Energy Ion Beams. Nucl. Instr and Meth. B 249:270-277
  Dollinger, G., A. Bergmaier, A. Hauptner, S. Dietzel, G.A. Drexler, C. Greubel, V. Hable, P. Reichart, R. Krücken, T. Cremer, and A.A. Friedl
  
• 2006. Irradiation of Living Cells with Single Ions at the Ion Microprobe SNAKE. Acta Physica Polonica. 109:273-278
  Hauptner, A., T. Cremer, M. Deutsch, S. Dietzel, G.A. Drexler, C. Greubel, V. Hable, R. Krücken, R. Löwe, H. Strickfaden, G. Dollinger, and A.A. Friedl
  
• 2006. Methods for Quantitative Evaluation of dynamics of Repair Proteins within Irradiated Cells. Nucl. Instr. and Meth. B 245:298-301
  Hable, V., G. Dollinger, C. Greubel, A. Hauptner, R. Krücken, S. Dietzel, T. Cremer, G.A. Drexler, A.A. Friedl, and R. Löwe
  
• 2006. Spatial Distribution of DNA Double-Strand Breaks from Ion Tracks. In: Symposium on Ion Beam Science: Solved and Unsolved Problems. P. Sigmund (Ed.). Royal Acad Sci & Letters Copenhagen Denmark 52: 59-85
  Hauptner, A., W. Friedland, S. Dietzel, G.A. Drexler, C. Greubel, V. Hable, H. Strickfaden, T. Cremer, A.A. Friedl, R. Krücken, H.G. Paretzke, and G. Dollinger
  
• 2008. Competition effect in DNA damage response. Radiat Environ Biophys. 47:423-429
  Greubel, C., V. Hable, G.A. Drexler, A. Hauptner, S. Dietzel, H. Strickfaden, I. Baur, R. Krücken, T. Cremer, G. Dollinger, and A.A. Friedl
  
• 2008. Quantitative analysis of DNA-damage response factors after sequential ion microirradiation. Radiat Environ Biophys. 47:415-422
  Greubel, C , V. Hable, G.A. Drexler, A. Hauptner, S. Dietzel, H. Strickfaden, I. Baur, R. Krücken, T. Cremer, A.A. Friedl, and G. Dollinger
  
• 2008. The live cell irradiation and observation set-up at SNAKE. Nucl. Instr. and Meth. B.
  Hable, V., C. Greubel, A. Bergmaier, A. Reichart, H. A., R. Krücken, H. Strickfaden, S. Dietzel, T. Cremer, G.A. Drexler, A.A. Friedl, and G. Dollinger