DNA-Reparaturprozess — Fehlfunktionen als Krankheitsursache
Bei Escherichia coli wird beim Reparaturprozess das Protein MutS an die fehlerhafte Ablesestelle rekrutiert, das über eine Ereigniskaskade eine Exonuklease rekrutiert, um die falsche Sequenz auszuschneiden. Anschließend synthetisiert eine Polymerase die fehlenden Nukleotide, und am Ende fügt eine DNA-Ligase das DNA-Fragment wieder in den DNA-Strang ein. Bei erblichen Formen von Darmkrebs wie HNPCC (non-polyposis colon cancer), dem so genannten Lynch-Syndrom, erhöhen Keimbahnmutationen in allen MutS-homologen Allelen das Risiko für Tumoren in den Organen. Das EU-finanzierte Forschungsprojekt MISMATCH2MODEL untersuchte den MMR-Prozess in einem systembiologischen Ansatz. Eine Kombination aus hochmodernen strukturanalytischen, biophysikalischen und biochemischen Methoden ergab, dass das MutS-Protein als molekularer Schalter fungiert und damit die Erkennung der fehlerhaften Stelle initiiert. Für die Bindung der fehlerhaften Stelle und die Erkennung durch MutS assembliert sich das Protein MutL an MutS und rekrutiert die Nuklease MutH, um die neu synthetisierte Stelle auszuschneiden. Die Assoziation mit MutS und MutL findet sehr schnell - innerhalb weniger Sekunden oder Minuten – statt, obwohl die beiden Proteinkomponenten noch längere Zeit an die DNA gebunden bleiben (mehrere zehn Minuten). Demonstriert wurde auch, dass der DNA-Remodelling-Prozess temperaturabhängig und nicht in Abhängigkeit von ATP (Adenosin-Triphosphat) stattfindet. Ein größerer Abschnitt der Arbeiten zu MISMATCH2MODEL befasste sich mit der Rekonstruktion des menschlichen MMR-Prozesses in Bakterien. Man entdeckte, dass die MMR-Verzögerung durch den Prozess der Erkennung der fehlerhaften Sequenz und den Abbau des betreffenden DNA-Strangs zustande kommt. Die Methoden innovativer Nanomanipulation und Visualisierung, die im Zuge der Arbeit entwickelt wurden, eignen sich hervorragend für die Analyse der Interaktionen zwischen Protein und DNA bzw. zwischen Protein und Protein. Aus den quantitativen Daten zum MMR-Prozess bei Prokaryoten und Menschen wurde ein mathematisches Modell für die weitere Erforschung dieses Signalwegs erstellt. Da die MMR von großer Bedeutung für die genomische Integrität ist, könnten die Ergebnisse von MISMATCH2MODEL neue Erkenntnisse zur Entstehung von Krebserkrankungen beitragen.
