Funktionen des MRE11-RAD50-NBS1 Komplexes in der DNA-Doppelstrangbruchreparatur

Dipl.-Ing. Konkow, Swetlana

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In einem lebenden Organismus ist die Aufrechterhaltung der genomischen Stabilität und Integrität von äußerster Wichtigkeit. So wird jede chemische Veränderung des zellulären Desoxyribonucleinsäure (DNA) als Schaden angesehen. Unter den verschiedensten Formen des DNA-Schadens, ist der DNA-Doppelstrangbruch (DSB) besonders hervor zu heben, denn wenn dieser fehlerhaft repariert wird oder sogar gänzlich unrepariert bleibt, kann es zum Verlust oder Veränderung des genetischen Materials kommen. Dies kann zum dauerhaften Zellzyklusstop, Apoptose, Mutationen, genomischer Instabilität und damit zu einer Vielzahl von genetischen Erkrankungen kommen, z.B. chronische Erkrankungen, Krebs und vorzeitiges Altern. Für eine effiziente Erkennung solchen Schadens sind in eukaryotischen Zellen komplexe Mechanismen entstanden, so dass die genomische Integrität erhalten wird. Eukaryotische Zellen haben mindestens zwei Wege zur DSB-Reparatur: (1) nicht-homologe Endverknüpfung (NHEJ) und (2) homologe Rekombinationsreparatur (HRR). Darüber hinaus erkennt ein umfangreiches Signalisierungsnetzwerk, bestehend aus mehreren unterschiedlichen Proteinen, z.B. dem MRE11-RAD50-NBS1 (MRN)-Komplex, die DSBs und koordiniert die Reparaturwege mit den zellulären „Checkpoint“-Antworten; weiter unter dem Begriff „DNA damage response“ (DDR) zusammengefasst.
In dieser Arbeit konnten wir bestätigen, dass nach Bestrahlung mit ionisierender Strahlung, sich MRN Protein-Foci (IRIF) im Zellkern fixierter und lebender Zellen ausbildeten, die aus dem gesamten MRN-Komplex bestehen und an Orten der DSBs lokalisiert werden konnten. Des Weiteren konnten wir auch neue Erkenntnisse präsentieren. So sind wir bis jetzt die Ersten, die eine bimodale zellzyklusunabhängige MRN-IRIF-Antwort mit verschiedenen MRE11-Foci-Mustern, nach Bestrahlung mit verschiedenen Strahlenarten, zeigen. Wir dokumentieren kleine MRE11 IRIF zu frühen Zeitpunkten, die sich später zu großen MRN Foci entwickelten. Bemerkenswert ist, dass nach Bestrahlung mit hohem „linear energy transfer“ LET, meist nur größere MRE11 Foci sich ausbildeten. Diese Beobachtungen zeigen, dass der dynamische Zusammenbau von großen MRE11 Foci von besonderer Bedeutung für die Reparatur von sehr komplexen und schwer zu reparierenden DSBs ist, vor allem nach Bestrahlung mit Hoch-LET und hohen Dosen von niedrigem LET. Wir schlossen daraus, dass komplexe DSBs, die meist durch Hoch-LET Strahlung induziert werden, die Anlagerungseigenschaften von MRE11 verändern. Darüber hinaus bestätigen wir hier eine inter-abhängige Funktion von MRE11 und ATM nach Bestrahlung, da ATM die MRN-Foci-Formierung und auch umgekehrt beeinflussten. Zudem konnten wir mit Hilfe einer Colokalisationsanalyse von γ-H2AX und MRE11 Foci eine funktionell unterschiedliche Funktion von MRE11 in der DDR aufzeigen, da MRE11 nur an einigen DSBs lokalisierte.
Darüber hinaus konnten unsere Ergebnisse den Beitrag von MRN zu den unterschiedlichen DSB-Reparaturwegen aufklären und bestätigten, dass MRN als Reparaturfaktor in mehreren von ihnen beteiligt ist. Insbesondere zeigen wir, dass MRN-und ATM-Mangel einen dramatischen Einfluss auf die HRR hatte. So wird in Zellen mit defektem MRN oder ATM, die DNA-Endresektion eingeleitet, doch die Reparatur blieb unvollständig. Auf der anderen Seite konnten wir einen Beitrag von MRE11 zur DSB-Reparatur durch D-NHEJ nicht erkennen. Allerdings waren wir in der Lage zu zeigen, dass MRN eine wichtige Rolle in der DSB-Reparatur durch B-NHEJ spielt. Zusammengefasst belegen diese Ergebnisse eindeutig, dass MRN nicht in allen DSB-Reparaturwegen beteiligt ist, wie es gelegentlich in veröffentlichten Berichten diskutiert wird. Der MRN-Komplex scheint speziell in der HRR und der B-NHEJ, wo DNA-Endresektion eine wichtige Rolle spielt, beteiligt zu sein.
Darüber hinaus konnten wir einen Einfluss der DNA-PKcs in DDR aufzeigen, da eine höhere und länger anhaltende MRE11 Focianzahl in DNA-PKcs-defizienten Zellen dokumentiert wurde. Des weiteren haben wir zeigen können, dass die DNA-PK nicht nur eine Rolle bei der D-NHEJ spielt, sondern auch eine Funktion in der HRR hat. Insbesondere konnten wir eine höhere Einleitung der HRR in KU-defezienten Zellen und interessanterweise eine unvollständige HRR in DNA-PK-defizienten Zellen aufweisen.
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Dokumententyp:
Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Fakultät / Institut:
Fakultät für Biologie
Dewey Dezimal-Klassifikation:
500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie » 576 Genetik und Evolution
Beitragende:
Prof. Dr. Iliakis, George [Gutachter(in), Rezensent(in)]
PD Dr. rer. nat. Thomale, Jürgen [Gutachter(in), Rezensent(in)]
Sprache:
Englisch
Kollektion / Status:
Dissertationen / Dokument veröffentlicht
Dokument erstellt am:
14.09.2012
Dateien geändert am:
14.09.2012
Medientyp:
Text