Wissenschaftler des Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin (MDC) in Berlin haben das Rätsel um den Reparaturmechanismus von DNA-Schäden in Säugerzellen gelöst. Sie konnten zeigen, dass zwei wichtige Reparatur-Pfade der Zellmaschinerie an der Beseitigung der Schäden beteiligt sind.
Jeden Tag wird die DNA, das Molekül des Lebens, durch Viren, Bakterien, Strahlung, „springende Gene“ oder Transposons und auch bei der Verdopplung der DNA bei der Zellteilung geschädigt. Glücklicherweise sind diese spontanen Änderungen oder Rekombinationen der DNA zum größten Teil nur von kurzer Dauer und verursachen keine Erkrankungen. Tatsächlich repariert die Zellmaschinerie DNA-Schäden sofort, denn die Stabilität der DNA ist lebensnotwendig für die Gesundheit eines jeden Menschen. Der Prozess der DNA-Reparatur bei Säugern und damit auch beim Menschen ist jedoch bis heute nicht ganz verstanden.
{1l}
Erstmals haben aber jetzt Zsuzsanna
Izsvák und Zoltán Ivics, Wissenschaftler am Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin (MDC) Berlin-Buch, Licht in diesen lebensnotwendigen Mechanismus gebracht: Sie konnten zeigen, wie von Transposons verursachte DNA-Schäden in Säugerzellen repariert werden. Die Reparatur von DNA-Schäden, die von Transposons ausgelöst werden, war bisher nur bei der Fruchtfliege Drosophila melanogaster untersucht worden. In Säugerzellen konnten diese Fragen bisher nicht untersucht werden, weil es keine aktiven DNA-Transposons von Wirbeltieren gab. Die Forschungsergebnisse sind jetzt in der neuesten Ausgabe der renommierten Fachzeitschrift Molecular Cell veröffentlicht worden.
Geheimnisvolle Boten der Evolution
Transposons sind geheimnisvolle Boten der Evolution. Sie sind mehrere Millionen Jahre alt und haben sich in die Erbanlagen (Genome) nahezu aller Organismen vom Bakterium bis zum Menschen eingeschlichen. Sie scheinen offenbar keinerlei Funktion zu haben, können aber Schäden an der DNA ihres Wirtsorganismus auslösen. Die meisten Transposons bei Wirbeltieren sind inaktive Überbleibsel einst aktiver Transposons, die zuvor erfolgreich die Genome verschiedener Spezies kolonisiert haben. Ihre Aktivität haben Transposons durch Mutationen verloren. Aus Transposons von Fischen, die vermutlich vor rund 20 Millionen Jahren aktiv gewesen waren, entwickelten Izsvák und Ivics ein künstliches Transposon, aus dem sie die Mutationen herausschnitten. In Anlehnung an das Grimmsche Märchen nannten sie es „Dornröschen“ (Sleeping Beauty), da sie es buchstäblich „wachgeküsst“ hatten. Es zeigte sich, dass Dornröschen ein ausgezeichnetes Werkzeug ist, um die Mechanismen der DNA-Reparatur zu erforschen.
„Dornröschen“ besteht aus zwei Komponenten: dem Transposon und einem Proteinfaktor (der Transposase), der das künstliche Transposon in die DNA einer Wirtszelle schleust. Zu Beginn der Verlagerung wird „Dornröschen“ aus der DNA ausgeschnitten, wobei der DNA-Doppelstrang in zwei Teile auseinandergeschnitten wird. Izsvák and Ivics konnten jetzt zeigen, dass sich zwei wichtige Reparatur-Pfade der Zellmaschinerie an der Reparatur der DNA-Schäden beteiligen. Einer davon stützt sich auf die so genannte homologe DNA, das heißt – er braucht genau die gleiche Bausteinabfolge wie die Stelle, an der die DNA auseinandergeschnitten worden ist, der andere Pfad kann sich auch zurechtfinden ohne dass die gleiche Sequenz vorliegt.
„Dornröschen“ als Werkzeug
Für die Wissenschaftler war dieses Ergebnis überraschend. Die Genrekombination, die zur Bildung von Antikörpern führt, ähnelt in vielerlei Hinsicht der Transposition, allerdings basiert dort die Reparatur lediglich auf dem nicht-homologen Pfad. Mit „Dornröschen“ als Werkzeug zur Erforschung solcher Prozesse in Säugerzellen konnten die Forscher ein Protein identifizieren (Xrcc3), von dem bisher niemand wusste, dass es bei der Verlagerung von DNA-Elementen eine Rolle spielt. Die jetzt erzielten Ergebnisse sind nach Ansicht der Wissenschaftler von großer Bedeutung für die Erforschung der Regulation von DNA-Verlagerungen und anderen DNA-Rekombinationsmechanismen. „Sie erweitern unser Ver-ständnis über die wichtigsten molekularen Prozesse, die bei der zellulären Antworten auf DNA-Schäden in Säugerzellen eine Rolle spielen“, betont Ivics.
(Informationsdienst Wissenschaft (idw) – Pressemitteilung Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin (MDC) Berlin-Buch, 30.01.2004 – dlo)
