Qualitätskontrolle des DNA-Strangs während der Zellteilung
Chromosomeninstabilität bei der Replikation kann zum einen auf chemische genotoxische (erbgutschädigende) Substanzen zurückgehen, allerdings häufen sich Fehler bei der Zellteilung vor allem im Alter und bei Krebserkrankungen. Gesunde Zellen besitzen einen Reparaturmechanismus, der eingreift, während die Kopie des Chromosoms erstellt wird, und DNA-Schäden beseitigt. Bei der Replikation wird die DNA-Doppelhelix aufgewunden, um zwei neue Stränge zu bilden. Dann werden an der Gabel bzw. Replikationsursprung Nukleotide ergänzt. Das Projekt "Mechanisms coordinating chromosome replication with transcription" (REPTRA) untersuchte Checkpoint- bzw. Kontrollmechanismen, die die Stabilität der Gabel gewährleisten und bei mechanischem Stress in der Kernhülle aktiv werden. Mit mehreren genomischen, genetischen und zellbiologischen Methoden wurden knospende Hefezellen (im Zellteilungsstadium) und Säugerzellen untersucht, vor allem mittels ChIP-on-Chip-Technologie, mit der die Proteinbindung beim Wildtyp und bei mutierten Stämmen unter Replikationsstress verglichen wurde. Kommt es an der Replikationsgabel aufgrund eines Replikationsfehlers zu einem Schadenssignal, werden neben anderen Proteinen Mec1 (Serin/Threonin-Proteinkinase) und die Kinase Rad53 aktiviert. Ein weiterer Komplex, der bei Replikationsfehlern eingreift, ist THO/TREX, bei dem die Untereinheit HyPerRecombination (HPR) 1 dieses Komplexes untersucht wurde. Die Ergebnisse zeigten, dass sich die Expression von HPR1 bei Hefestämmen mit Checkpoint-Defekten erhöhte. Die Daten zu Mec1, die in menschlichen Zellen mit einem hochmodernen Bildgebungsverfahren ermittelt wurden, sind im Fachblatt Cell nachlesbar. Eine weitere Schadensantwort, die untersucht wurde, war ATR (ATM-Rad3-related protein kinase). Mechanische Kräfte, die durch Stress auf die Kernmembranen induziert werden, aktivieren ATR als Teil einer integrierten mechanischen Reaktion, die infolge der Signale aus der Kernmembran epigenetische Veränderungen im Zellkern verursacht. Die Erkenntnisse von REPTRA dürften somit von großer Bedeutung für die Forschung sein. Werden Gene aktiv, die zur Krebsentstehung führen können (so genannte Onkogene), kommt es auf Transkriptions-, Replikations- und mechanischer Ebene zu massivem Stress. Genauere Kenntnisse dieser Mechanismen können nun auch in Therapien umgesetzt werden, um Umbauprozesse im Genom und dadurch Krebs zu verhindern.
Schlüsselbegriffe
Chromosomeninstabilität, Schadensantwort, mechanischer Stress, Zellzyklus
