Bildgebung von DNA-Reparaturprozessen

Zellen besitzen ein raffiniertes Reparatursystem, das sie vor Schäden am Erbgut schützt. Bei Strahlenschäden etwa kommt es zu Doppelstrangbrüchen (DSB), die durch spezialisierte Enzyme repariert werden. Ist diese Rekombinationsreparatur gestört, können Tumorerkrankungen die Folge sein.

Neben strahlungsbedingten DSB finden zwar auch andere Ereignisse statt, hier verändert sich jedoch die Chromatinstruktur in unmittelbarer Umgebung der DSB. Man vermutet, dass dadurch der Zugang für Reparaturproteine erleichtert wird, die die genomische Integrität wiederherstellen sollen.

Vor diesem Hintergrund untersuchte das EU-finanzierte Projekt "Study of protein dynamics in living cells after DNA damage" (LCS) die Dynamik von DNA-Schäden mit besonderem Schwerpunkt auf Proteinen, die die Chromatinstruktur verändern. Dabei ging es vor allem um die Frage, wie die Chromatinöffnung koordiniert wird, damit der DNA-Reparaturmechanismus ansetzen kann.

An Maus- und Menschenzellen wurden in vitro UV-bedingte DNA-Schäden induziert, um anschließend mit Fluoreszenzbildgebung die Kinetik mehrerer nukleärer Proteine zu untersuchen. Mit speziellen Bioinformatikprogrammen konnten dabei Zusammenhänge zwischen veränderter Fluoreszenz und Proteinlokalisierung hergestellt werden. Interessant war vor allem die Beobachtung, dass das Protein Oct-4 in der Lage ist, DNA-Schäden zu erkennen, und dass daraufhin weitere Transkriptionsfaktoren zum DSB rekrutiert werden.

Untersucht wurde auch, wie epigenetische Veränderungen die DNA-Reparatur beeinflussen, wobei sich herausstellte, dass bei DNA-Schäden eine epigenetische Neuordnung erfolgt.

Insgesamt liefern die Ergebnisse der LCS-Studie neues Grundlagenwissen zum DNA-Reparaturmechanismus und sind damit für die klinische Praxis interessant, da sie neues Licht auf die Entstehung von Krebserkrankungen und die Ereignisse nach einer Bestrahlungstherapie werfen.