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Molecular analysis of single-strand break repair (SSBR) in human cells

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Bahnbrechende Erforschung von DNA-Brüchen

Ein fehlerhafter Reparaturmechanismus, der nicht in der Lage ist, Brüche in der chromosomalen DNA zu reparieren, gilt als Ursache für eine Reihe neurodegenerativer Erbkrankheiten. Ein besseres Verständnis der Prozesse auf molekularer Ebene könnte die Entwicklung neuer Therapien gegen Krebs befördern.

Gesundheit

Die Einzelstrangbruch-Reparatur (Single-strand break repair, SSBR) ist entscheidend für das Überleben einer Zelle und die Stabilisierung des Genoms. Die Erforschung von SSB-Reparaturmechanismen und möglicher hindernder Faktoren könnte dazu beitragen, die molekularen Ursachen für eine Reihe neurodegenerativer Erkrankungen wie spinozerebellärer Ataxie-1 (SCAN-1) offen zu legen. Das Projekt "SSB repair" (Molecular analysis of single-strand break repair (SSBR) in human cells) untersucht Mechanismen der SSB-Reparatur auf molekularer Ebene. Ziel war daher, ein System zu entwickeln, mit dem gezielt ortsspezifische SSB in menschlichen Zellen induziert werden können. Man ging davon aus, dass damit der Zusammenbau/Abbau von Proteinkomplexen während der SSB-Reparatur direkt analysiert und Methoden zur Messung des tatsächlichen Reparaturvorgangs entwickelt werden können. Wie sich herausstellte, ist die Detektion einer SSB-Induktion nicht möglich. Den Projektpartnern zufolge seien die Induktionslevel für eine solche Detektion zu niedrig und daher zur Analyse ungeeignet. So konzentrierte man sich vielmehr auf die Untersuchung der Funktion neuer SSBR-Komponenten, die während der Studie entdeckt worden waren. Identifiziert wurde APLF (Aprataxin and PNKP-like-Factor), der an der Proteinkodierung und der Reparatur von DNA-Brüchen beteiligt ist. Die Forschungsarbeit enthüllte, dass eine APLF-Depletion normale Reparaturprozesse bei Einzel- und Doppelstrangbrüchen stört und wurde 2008 im Fachblatt Molecular and Cellular Biology veröffentlicht. Das Projekt SSB repair suchte zudem nach neuen SSBR-Genen und konzentrierte sich dabei auf die Reparatur von Top1-vermittelten SSB-Läsionen. Dabei handelt es sich um eine spezielle Art von SSB und einen der wichtigsten Auslöser zellinterner DNA-Schäden. Es stellte sich heraus, dass die Reparatur dieser Brüche in SCAN1 durch eine Mutation im TDP1 (Tyrosyl-DNA Phosphodiesterase 1) Enzym behindert wird. Unter Anwendung dieser Erkenntnisse in genetischen und biochemischen Analysen wurde in nachfolgenden Arbeiten TTRAP identifiziert: dabei handelt es sich im Wesentlichen um eine 5'-TDP, deren Aktivität die Reparatur von Doppelstrangbrüchen ermöglicht, und erstmals in menschlichen Zellen identifiziert wurde. Basierend auf diesen Erkenntnissen wurde TTRAP nun in die Nomenklatur der Human Genome Organisation (HUGO) als TDP2 aufgenommen. Diese Forschungsarbeit wurde 2009 im Fachblatt Nature veröffentlicht.

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