Einzelmoleküluntersuchungen der dynamischen Erkennung von DNA Einzelstrangbrüchen durch PARP1

• Antragsteller: Professor Dr. Jens Michaelis
• Fachliche Zuordnung: Biophysik ; Biochemie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 566094786

Die Reparatur von DNA Schäden ist ein komplexer zellulärer Prozess, essentiell für alle lebenden Organismen. Dieser Prozess startet mit der Erkennung des DNA Schadens durch das Protein PARP1. Die Schadenserkennung durch PARP1 steht am Anfang des Reparaturprozesses und führt zur Rekrutierung der gesamten für die Reparatur benötigten Maschinerie. Die Wichtigkeit dieses Prozesses wird durch die Tatsache unterstrichen, dass PARP1 ein wichtiges Ziel für Inhibitoren in der Therapie unterschiedliche Krebsarten geworden ist. Ein mechanistisches Verständnis des Erkennungsprozesses von DNA Schäden durch PARP1 ist daher von enormer Bedeutung. Wir werden Einzelmolekül-FRET Experimente verwenden um die Dynamik der PARP1-DNA Schadenserkennung an wohldefinierten Schäden, wie an einem einfachen Einzelstrangbruch oder einer fehlenden Base zu untersuchen. Die Experimente werden mit oder ohne PARP-Inhibitoren aus unterschiedlichen Klassen durchgeführt, um die genaue Funktionsweise der Inhibitoren aufzuklären. Wichtig ist dabei die Untersuchung des dynamischen Wechsels zwischen unterschiedlichen strukturellen Zuständen. Durch eine Kombination aus quantitativen Einzelmolekül-FRET Messungen und Strukturmodellierungsverfahren werden wir den Mechanismus der Schadenserkennung entschlüsseln. Außerdem werden auch Experimente zur PARP1 induzierten Rekrutierung des Proteins XRCC1 zu DNA Schäden durchgeführt. Untersucht wird, wie die Gegenwart von XRCC1 die Struktur und Dynamik des PARP1-DNA-Schaden Komplexes verändert. Insbesondere wird die vorgeschlagene „Übergabe“ von PARP1 zu XRCC1 untersucht. Kürzlich trat HPF1, ein Protein, das mit PARP1 im Kontext von DNA Schäden interagiert und dessen enzymatische Aktivität verändern kann, in den Mittelpunkt unterschiedlicher Untersuchungen. Deswegen werden wir die FRET Experimente auch in Gegenwart von HPF1 durchführen, um festzustellen, wie dieses die Struktur und Dynamik der Komplexe, sowie den Effekt von PARP1 Inhibitoren, verändert. In Eukyaroten geschieht die DNA Reparatur in Gegenwart von Chromatin. Daher werden wir auch mit Einzelmolekül-FRET Experimenten untersuchen wie die beobachtete Struktur und Dynamik von PARP1-DNA Komplexen sich in Gegenwart von Nukleosomen verändert. Zusammenfassend werden wir durch genau definierte Einzelmoleküluntersuchung die strukturelle Dynamik der Erkennung von DNA Schäden durch PARP1 untersuchen um hieraus ein mechanistisches Verständnis von PARP Inhibitoren zu erhalten. Hierdurch wird der Weg für die Entwicklung neuer, intelligente designter Inhibitoren geebnet.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen