Die Ufmylierung von PARP1 reguliert dessen Reaktion auf replikativen Stress

• Antragsteller: Professor Dr. Zhao-Qi Wang
• Fachliche Zuordnung: Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung ; Biochemie ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 391593922

Die hohe Zuverlässigkeit der DNA Replikation garantiert die korrekte Weitergabe elterlicher Erbinformationen an Tochterzellen. Mechanismen zellulärer Reaktionen auf replikativen Stress zu studieren hat große Bedeutung für Alterungsprozesse, Gewebeaufrechterhaltung und Krankheitsentstehung einschließlich Krebs und Neurodegeneration. UFM1 wurde vor kurzem als Ubiquitin-artiges Protein identifiziert und wird mittels einem E1-artigem Enzym (UBA5), einem E2-artigem Enzym (UFC1) und einer E3-Ligase (UFL1) an Zielproteine konjugiert. Dies wird als Ufmylierung bezeichnet. Die biologische Funktion der Ufmylierung bleibt jedoch größtenteils ungeklärt. Wir entdeckten, dass Defekte in UFM1 die Stressantworten während der DNA Replikation beeinträchtigen, indem die CHK1-Aktivierung verzögert wird. Darüber hinaus wurde entdeckt, dass PARP1 ufmyliert wird und damit dessen enzymatische Aktivität gesteigert wird. Weiterhin beeinträchtigt eine defekte Ufmylierung die MRN Komplexrekrutierung zu geschädigten DNA Regionen. Zuvor konnten wir zeigen, dass PAR, das Produkt von PARP1, an CHK1 bindet und die Aktivierung des S-Phase Kontrollpunktes fördert. Daher vermuten wir, dass Ufmylierung von PARP1 CHK1-vermittelte Reaktionen auf replikativen Stress fördert und die MRN-vermittelte Reparatur blockierter Replikationsgabeln koordiniert. Das Projekt hat zum Ziel (1) zu klären, ob Ufmylierung eine bedeutende Rolle bei S-Phase Kontrollpunkten spielt; (2) den zugrundeliegenden molekularen Mechanismus und (3) die biologische Funktion in vivo zu untersuchen.Um diese Ziele zu erreichen, hat sich mein Labor am Fritz Lipmann Institut (FLI) in Deutschland zusammen mit Prof. Xingzhi Xu an der Shenzhen Universität in China entschlossen, unsere Bemühungen zu bündeln, um biochemische und zelluläre Experimente, als auch genetische Studien durchzuführen. Besonders werden wir untersuchen, ob der ATR-CHK1 Signalweg direkt durch Ufmylierungen reguliert wird und wie die Ufmylierung von PARP1 die Antwort auf replikativen Stress und die Reparatur von blockierten Replikationsgabeln koordiniert. Dazu werden wir humane Zelllinien und Mausmodelle verwenden, in denen die Ufmylierung genetisch beeinträchtigt ist. Wir wollen die Ufmylierungsstelle in PARP1 lokalisieren und deren Einfluss auf die CHK1-Aktivierung und auf die Replikationsgabelstabilität testen. Schließlich werden wir eine mögliche Wechselwirkung zwischen PARylierung und Ufmylierung untersuchen, indem wir Zellen und Mäuse mit hypo-PARyliertem oder enzymatisch inaktivem PARP1 generieren und verwenden. Unsere Forschung wird neue Funktionen von UFM1 Signalwegen im Umgang mit Stresswährend der DNA Replikation und bei der Erhaltung genomischer Stabilität offenlegen. Die spezifische Funktion der Ufmylierung im ATR-CHK1 Netzwerk und PARP1/CHK1 Signalwegen zu erkunden kann das nötige Wissen schaffen, um diesen neuen post-translationalen Modifikationsprozess als neue Therapie für humane Tumore und altersbedingte Erkrankungen, zu beeinflussen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: China
• Partnerorganisation: National Natural Science Foundation of China
• Kooperationspartner: Dr. Xingzhi Xu