DNA-Doppelstrangbrüche in transkribierten Genombereichen werden über einen spezialisierten NHEJ-Weg repariert

• Antragsteller: Professor Dr. Markus Löbrich
• Fachliche Zuordnung: Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 553935806

Die Reparatur von DNA-Doppelstrandbrüchen (DSBs) ist für die Aufrechterhaltung der genomischen Stabilität essentiell. Das Nicht-Homologe End-Joining (NHEJ) und die Homologe Rekombination (HR) sind wichtige DSB-Reparaturwege, die mit unterschiedlicher Genauigkeit und in verschiedenen Zellzyklusphasen ablaufen. Die HR ist ein Weg mit hoher Genauigkeit, der das Schwesterchromatid als Vorlage zur Reparatur benutzt, demzufolge aber auf die S- und G2-Phasen des Zellzyklus‘ begrenzt ist. Dagegen hat das NHEJ keinen inhärenten Mechanismus, am Bruchort verloren gegangene Sequenzinformationen wiederherzustellen, kann aber in allen Zellzyklusphasen ablaufen. DSBs in transkribierten Genombereichen stellen für die Zelle eine besondere Herausforderung dar, weil eine fehlerhafte Reparatur dort zum Verlust der Genfunktion führt. Daher werden solche DSBs in der S- und G2-Phase auch über die HR repariert. Wie sie während der G1-Phase repariert werden, ist allerdings unbekannt. Unsere vorherigen Arbeiten konnten zeigen, dass das NHEJ zwei Komponenten aufweist, eine Resektions-unabhängige Komponente, bei der die Bruchenden ohne substantielle End-Prozessierung verknüpft werden, sowie eine Resektions-abhängige Komponente, bei welcher vor der Verknüpfung ein Resektionsschritt abläuft. Wie resektierte Bruchenden über einen NHEJ-Weg repariert werden können und wie hoch die Genauigkeit solch eines Weges ist, sind offene Fragen. Weiterhin ist unbekannt, welche DSBs vor der Verknüpfung resektiert werden und warum dies notwendig ist. Diesen Fragen des "wie", "welche" und "warum" widmet sich der vorliegende Antrag. Unsere Vorarbeiten legen nahe, dass in der G1-Phase eine DANN-Auffüllreaktion an resektierten DSBs abläuft, welche einzelsträngige DANN in doppelsträngige DANN umwandelt und dadurch das NHEJ ermöglicht. Weiterhin zeigen unsere Vorarbeiten, dass gerade DSBs in transkribierten Genombereichen einer Resektion gefolgt von der Auffüllreaktion unterzogen werden, und wir spekulieren, dass dieser spezialisierte NHEJ-Weg dazu dient, in der Nähe des Bruchortes stehen gebliebene RNA-Polymerasen zu entfernen. In dem beantragten Projekt beabsichtigen wir, die an resektierten Brüchen ablaufende Auffüllreaktion zu charakterisieren und die Genauigkeit dieses spezialisierten NHEJ-Weges zu bestimmen. Weiterhin möchten wir etablieren, dass das Vorhandensein von RNA-Polymerasen in der Nähe von DSBs diesen Reparaturweg notwendig macht, wobei der Resektionsschritt die RNA-Polymerasen entfernt und die Reparatur erlaubt. Wir möchten dazu Methoden der Immunfluoreszenz und des next generation sequencing einsetzen und dabei die Resektion- und Auffüllreaktion an DSBs mit definierter Position im Genom mit Nukleotid-Genauigkeit bestimmen. Insgesamt werden unsere Arbeiten aufklären, wie ein NHEJ-Weg DSBs in transkribierten Genombereichen repariert, eine Frage mit immenser Wichtigkeit für Zellen in der G0/G1-Phase des Zellzyklus‘, einschließlich langlebiger, post-mitotischer Neuronen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen