Geregelter Chromatinaufbau an den Replikationsursprüngen

• Antragsteller: Dr. Christoph Kurat
• Fachliche Zuordnung: Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 554463232

Die Replikation der genomischen DNA vor der Zellteilung ist ein grundlegender Prozess im Lebenszyklus einer Zelle. Fehler in diesem Mechanismus können schwerwiegende Folgen für eine Zelle haben, einschließlich DNA-Schäden, die ein Kennzeichen von Krebs sind. Daher ist es von größter Bedeutung, die DNA-Replikation sorgfältig zu regulieren, um ihre Genauigkeit und rechtzeitige Ausführung im Lebenszyklus der Zelle zu gewährleisten. Die DNA-Replikation ist ein zweiphasiger Prozess. In der G1-Phase des Zellzyklus lädt der Origin-Recognition Complex (ORC) mit Hilfe einer Reihe von Faktoren und Adenosintriphosphat (ATP) zwei Minichromosome Maintenance (MCM)-Komplexe auf die Replikationsursprünge. Diese entscheidende Phase wird als "Origin Licensing" bezeichnet. Die Helikase bleibt während der G1-Phase inaktiv und wird erst in der anschließenden S-Phase aktiv. Eine komplexe Reihe von Replikationsfaktoren in Verbindung mit zwei Schlüsselkinasen des Zellzyklus, der Cyclin-abhängigen Kinase (CDK) und der Dbf4-abhängigen Kinase (DDK), wandeln den inaktiven MCM-Komplex in eine aktive Helikase um. Diese Aktivierung markiert den Beginn der DNA-Replikation, die als "origin firing" bezeichnet wird. Angesichts der beträchtlichen Größe von Genomen muss der Beginn der Replikation an mehreren Ursprüngen erfolgen. Die Hefe Saccharomyces cerevisiae beispielsweise nutzt etwa 300 bestätigte Replikationsursprünge, um ihr 12-Megabasen-Paar-Genom zu replizieren. Es wird angenommen, dass menschliche Zellen etwa 30.000 Ursprünge für die Replikation des Genoms benötigen. Obwohl wir ein umfassendes Verständnis des grundlegenden Replikationsprozesses haben, konzentrierten sich die meisten biochemischen und strukturellen Studien auf das "nackte System", d. h. nur auf den Replikationsprozess an der DNA ohne andere damit verbundene Proteine. Eukaryontische Replisomen interagieren jedoch mit histongebundener DNA, die als Nukleosomen, den Grundeinheiten des Chromatins, verpackt ist. Die Stabilität der Nukleosomen stellt eine Herausforderung für Replikationsprozesse dar, da sie aufgrund dieser Stabilität das Fortschreiten der Replikation behindern können. Hier spielt Chromatin auch eine wichtige regulatorische Rolle, zum Beispiel bei der Transkription. Im Gegensatz zu dem komplizierten Zusammenspiel zwischen Transkription und Chromatin sind die Mechanismen, mit denen die Replikation während der Genomreplikation mit den Nukleosomen umgeht, bisher kaum verstanden. Dies ist die nächste wichtige Stufe in der Replikationsforschung, die wir jetzt planen, zu entschlüsseln.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen