Mechanismen der Prozessierung abasischer DNA-Läsionen in Assoziation mit der Replikationsgabel sowie im postreplikativen Modus

• Antragstellerin: Professorin Helle Ulrich, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 548574498

Die Überwindung von DNA-Replikationsstress ist ein wichtiger Aspekt der Qualitätskontrolle, mithilfe derer die zelluläre Homöostase sowie die akkurate Weitergabe der genetischen Information eines Organismus an die nächste Generation gewährleistet werden. Für die Umgehung von Replikationsblockaden durch DNA-Läsionen stehen mehrere alternative Wege zur Verfügung, entweder in Assoziation mit der Replikationsgabel oder im postreplikativen Modus. Da diese unterschiedliche Fehlerraten aufweisen, ist die Wahl des Reparaturwegs entscheidend für globale Mutationsraten in Gegenwart von DNA-Schäden. Wir wissen jedoch nur wenig über die zeitliche Kontrolle der Prozessierung von DNA-Schäden im Verhältnis zur Bewegung des Replisoms über eine DNA-Läsion, und darüber, wie sich die Wahl des Weges auf das Fortschreiten der Replikation insgesamt auswirkt. Wir haben vor kurzem einen Mikroskopie-basierten Test entwickelt, mit dem sich Replikationsraten in der Hefe in Echtzeit und lokusspezifisch messen lassen. Unsere unveröffentlichten Daten deuten darauf hin, dass dieses System zum Nachweis und zur Quantifizierung lokaler Replikationsblockaden und der Bildung sogenannter „Tochterstrang-Lücken“, d.h. Diskontinuitäten in der neu gebildeten DNA aufgrund der postreplikativen Verarbeitung von DNA-Schäden, genutzt werden kann. Darüber hinaus haben wir eine Methode zum ortsspezifischen enzymatischen Einbringen von DNA-Läsionen in das Hefegenom entwickelt. Wir planen nun, diese Instrumente zu kombinieren, um die zeitliche und räumliche Koordination zwischen der Replisombewegung über DNA-Schäden und der Aktivierung von Schadensverarbeitungswegen zu untersuchen. Wir werden unsere Analyse auf abasische Stellen konzentrieren, die zu den häufigsten endogenen Läsionen gehören und gleichzeitig aufgrund ihrer Reaktivität und ihres Potenzials zur Bildung von Derivaten wie DNA-Protein-Quervernetzungen und Strangbrüchen eine komplexe Reaktion in der Zelle auslösen. Wir werden unser System zunächst validieren, indem wir die Gesamtzahl und Verteilung der Läsionen mit Hilfe quantitativer genomweiter Kartierungstechnologie bestimmen. Anschließend werden wir systematische Variationen im genetischen Hintergrund unserer Versuchsstämme nutzen, um die relativen Beiträge der verschiedenen Schadensumgehungs- und DNA-Reparaturwege zu Replikationsgeschwindigkeit, Lückenbildung und Schadensverarbeitung aufzuklären. Unsere Analyse wird erstmalig einen quantitativen Echtzeit-Einblick in die Replikation einer räumlich definierten beschädigten Region in lebenden Zellen geben. Wir erwarten, auf diese Weise unser grundlegendes Verständnis der Ereignisse und Faktoren zu verbessern, die die Verarbeitung einer extrem häufigen, potenziell hochgefährlichen Läsion an und hinter der Replikationsgabel steuern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Israel
• ausländischer Mitantragsteller: Professor Amir Aharoni, Ph.D.