Den Geheimnissen der DNS-Reparatur auf der Spur
Die DNS ist der Hauptbestandteil der Chromosomen im Zellkern und spielt eine zentrale Rolle in der Festlegung von vererbten Merkmalen. DNS wird durch Mutagene in vielerlei Weise erheblich beeinflusst, so z.B. durch Veränderungen in genetischen DNS-Strukturen, durch Wechselwirkungen mit dem Kodiersystem oder durch chromosomale Schäden. Diese die DNS schädigenden Stoffe können Chemikalien oder verschiedenartige Strahlungen wie z.B. UV-Licht sein. Bei krankhaften Zuständen wie dem Cockayne-Syndrom (CS) sind Zellen überempfindlich gegenüber Mutagenen und unfähig, Schäden durch Unterdrückung der RNS-Synthese zu vermeiden. In der Betrachtung der Reparaturmechanismen wurde nach Induktion des DNS-Schadens die fehlerhafte Einleitung der Transkription als Ursache für die Behinderung derselben in CS-Zellen angenommen. Anders ausgedrückt, glaubte man, dass zerstörte DNS die Einleitung der Transkription verzögerte und das Versagen der Zellreparatur verursachte. Im Rahmen dieses Projektes prüften Forscher diese Hypothese, indem sie den Einfluss von UV-Bestrahlung auf die Transkription untersuchten. Durch Nutzung eines In-vitro-Transkriptionssystems gelang es ihnen, die Transkription von nachfolgenden Prozessen zu entkoppeln. Da die Transkriptions-Kinetik in Zellkern-Extrakten jene in intakten Zellen imitiert, untersuchte man Kernextrakte, die aus dem UV-Licht kamen, sowohl an gesunden menschlichen als auch Zellen mit CS, um ihre Transkriptionsaktivität zu beobachten. Die Ergebnisse zeigten, dass in normalen Zellen eine Stunde nach UV-Exposition eine verminderte Transkriptionsaktivität herrschte, und dass sie 6 Stunden nach Exposition komplett wiederhergestellt war. Andererseits wurde zu jeder Zeit in durch CS beeinträchtigten Zellen eine verminderte Transkriptionsaktivität beobachtet. Darüber hinaus war die verminderte Transkriptionsaktivität begleitet von einem starken Rückgang einer Form der RNS-Polymerase II, die zum Initiations-Komplex gehört. Diese Ergebnisse beweisen, dass die UV-induzierte Hemmung der Transkription sowohl die Hemmung der Transkriptionseinleitung als auch den Effekt der Phosphorylierung der RNS-Polymerase II im Vorgang der Transkriptionseinleitung umfasst. Das bedeutet, dass die Blockade der Transkriptionsinitiation einer der Faktoren ist, die den Reparaturprozess hemmen. Und schließlich scheint die Produktion von hypophosphorylierter RNS-Polymerase II nach DNS-Schädigung der entscheidendste Grund für die Wiederherstellung der Initiation der Transkriptionsaktivität zu sein. Ob CS-Proteine für diesen Prozess erforderlich sind, ist noch unbekannt. Die geleistete Forschungsarbeit bediente sich auch einer neuen UV-Bestrahlungstechnik in Kombination mit einer Fluoreszenz-Antikörpermarkierung zum Studium der Erzeugung des Nukleotiddeletionsreparaturkomplexes (Nucleotide Excision Repair, NER) in normalen menschlichen und reparaturunfähigen Zellen (Xeroderma pigmentosum). Im Ergebnis erkannte man im Reaktionsmechanismus für die Rekrutierung aller folgenden NER-Faktoren einschließlich Transkriptionsreparaturfaktoren den wichtigsten Faktor für die NER. Schließlich gaben die Untersuchungen bessere Einblicke in die Hypothese der sequenziellen Produktion von Reparaturproteinen am Ort der Schädigung. Die Ergebnisse des Projekts finden einen breiten Rahmen für Anwendungen in der Biotechnologie, insbesondere der Genetik und der Proteintechnik. Ein besseres Verständnis des Mikrokosmos der Zellen kann entscheidend zur Entwicklung und der Einführung neuer Therapien gegen unheilbare Krankheiten wie Krebs beitragen.
