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Forschungsgebiete:
DNA Doppelstrangbruch Reparatur
DNA Doppelstrangbrüche (DSB) können durch Ionisierende Strahlung, Sauerstoffradikale und verschiedene Chemikalien verursacht werden. Sie stellen eine schwerwiegende Bedrohung für Zellen dar und sind potentielle Ursachen für Krebserkrankungen. Außerdem ist es wahrscheinlich, dass die Anhäufung unreparierter DSB eine der Ursachen für die Auslösung von Alterungsprozessen in Säugerzellen ist.
Die Reparatur von DSB ist essentiell für die Aufrechterhaltung der Integrität und das Überleben von Zellen. Drei Reparatur-Hauptwege sind bekannt: homologe Rekombination (HR), Verknüpfung Nicht-Homologer Enden (NHEJ), und Verknüpfung mittels Mikrohomologien (SSA). Wir untersuchen diese Reparaturwege unter Verwendung des Modellorganismus´ Saccharomyces cerevisiae. HR ist ein fehlerfreier Reparaturweg in dem die Wiederherstellung anhand einer existierenden intakten Sequenz erfolgt, die die typischerweise am Schwesterchromatid oder am homologen Chromosom lokalisiert ist. SSA benötigt kein homologes Chromosom, jedoch benachbarte homologe Sequenzen zu beiden Seiten des DSB. Diese werden - endständig präsentiert - zusammengeführt und kovalent miteinander verknüpft. Die Reparatur von DSB via NHEJ erfolgt durch Ligation der losen Enden unabhängig von irgendeiner Vorlage.
Alle drei Wege haben Anteil an der Reparatur von DSB in Säugerzellen. Die jeweiligen Anteile der verschiedenen Wege wechseln und sind abhängig von Zellzyklus-Phase, Ploidität der Zelle, und wahrscheinlich einigen - noch unbekannten - Einflüssen.
Stationäre Zellen
Unreparierte oder fehlerhaft reparierte DSB können chromosomale Instabilität und Mutationen auslösen. In diesem Zusammenhang sind replikationsunabhängige Mutationen - also solche die in stationären Zellen entstehen - von Bedeutung. Da es in stationären Zellen zu versteckten Anhäufungen von Schäden kommen kann, spielen sie möglicherweise eine wesentliche Rolle bei der Krebsentstehung und erlangen mehr und mehr Bedeutung mit fortschreitendem Alter, wo die genomische Stabilität verringert ist, und z.B. NHEJ eine signifikant höhere Fehlerrate aufweist.
Wir untersuchen diese Mechanismen unter Verwendung des Modellorganismus´ S. cerevisiae mit dem Ziel mehr über die Zusammenhänge zu lernen, die langfristig zum Verlust der Wachstumskontrolle und zu genomischer Instabilität (was typische Eigenschaften von Tumorzellen sind) führen.
Oxidativer Stress
Reaktive Sauerstoffspezies (ROS) entstehen während normaler zellulärer metabolischer Vorgänge. Erhöhte Mengen von ROS sind ein Ergebnis von verschiedenen Arten von Stress. ROS können die zellulären Makromoleküle (Lipide, Proteine, Nukleinsäuren) schädigen und spielen daher wahrscheinlich eine wesentliche Rolle bei der Entstehung verschiedener menschlicher Krankheiten, bzw. von Alterung und Krebs.
Die Mutagenizität oxidativer DNA Schäden in proliferierenden Zellen ist gut untersucht. Es ist z.B. bekannt, dass der quantitativ häufigste Schaden - die oxidierung von Guanin zu 8-oxo-Guanin - letztlich zu einer Transversion von G zu T führt (da während der Replikation am wahrscheinlichsten ein dAMP gegenüber dem 8-oxo-Guanin eingebaut wird).
Hingegen ist relativ unklar wie ROS in stationären, nicht proliferierenden Zellen (die den Hauptteil der somatischen Zellen in Erwachsenen stellen) Mutationen verursachen.
Unter Verwendung des Modellorganismus´ S. cerevisiae, untersuchen wir, wie intrazelluläre ROS Mutationen in ruhenden Zellen verursachen können; z.B. via fehleranfälliger DNA-Reparaturmechanismen.
Resi, Daniela, Ferry, Petra
Publikationen:
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Ausgewählte Publikationen:
Steinboeck, F., Hubmann, M., Bogusch, A., Dorninger, P., Lengheimer, T., and Heidenreich, E. (2010). The relevance of oxidative stress and cytotoxic DNA lesions for spontaneous mutagenesis in non-replicating yeast cells. Mutat Res 688, 47-52.
Heidenreich E, Eisler H, Lengheimer T, Dorninger P, Steinboeck F. (2010). A mutation-promotive role of nucleotide excision repair in cell cycle-arrested cell populations following UV irradiation. DNA Repair 9, 96-100.
Steinboeck, F., Bogusch, A., Kaufmann, A., and Heidenreich, E. (2007). The nuclear actin-related protein of Saccharomyces cerevisiae, Arp4, directly interacts with the histone acetyltransferase Esa1p. J Biochem 141, 661-668.
Steinboeck, F., Krupanska, L., Bogusch, A., Kaufmann, A., and Heidenreich, E. (2006). Novel regulatory properties of Saccharomyces cerevisiae Arp4. J Biochem 139, 741-751.
Heidenreich, E., Eisler, H., and Steinboeck, F. (2006). Epistatic participation of REV1 and REV3 in the formation of UV-induced frameshift mutations in cell cycle-arrested yeast cells. Mutat Res 593, 187-195.
Steinboeck, F., and Kristufek, D. (2005). Identification of the cytolinker protein plectin in neuronal cells - expression of a rodless isoform in neurons of the rat superior cervical ganglion. Cell Mol Neurobiol 25, 1151-1169.
Steinbock, F. A., Nikolic, B., Coulombe, P. A., Fuchs, E., Traub, P., and Wiche, G. (2000). Dose-dependent linkage, assembly inhibition and disassembly of vimentin and cytokeratin 5/14 filaments through plectin's intermediate filament-binding domain. J Cell Sci 113 ( Pt 3), 483-491.
Steinbock, F. A., and Wiche, G. (1999). Plectin: a cytolinker by design. Biol Chem 380, 151-158.
Reipert, S., Steinbock, F., Fischer, I., Bittner, R. E., Zeold, A., and Wiche, G. (1999). Association of mitochondria with plectin and desmin intermediate filaments in striated muscle. Exp Cell Res 252, 479-491.
