Die Bindung von PAR an Chk1 steuert die Entwicklung und die Gewebeaufrechterhaltung

• Antragsteller: Professor Dr. Zhao-Qi Wang
• Fachliche Zuordnung: Zellbiologie
• Förderung: Förderung von 2011 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 200991650

DNA-Einzelstrangbrüche (single-stranded breaks; SSBs) und replikativer Stress aktivieren PARP1, welches die Bildung von poly(ADP-ribose) (PAR) und die PARylierung von Zielproteinen katalysiert. Vermutlich wirkt PAR als Signal für weitere zelluläre Zielproteine, einschließlich Reparaturproteine. Es wurde gezeigt, dass PARylierungen und PARP1 bedeutende Rollen bei unterschiedlichen zellulären Prozessen, einschließlich DNA Reparatur, Chromatinveränderungen, Transkription, Apoptose, Entzündungsprozessen und Alterung spielen. SSBs und replikativer Stress schalten darüber hinaus die ATR-Chk1-vermittelte DNA Schadensantwort (DNA damage response; DDR) an. Dabei ist die Phosphorylierung von Chk1 durch ATR ein Schlüsselereignis des S-Phase Checkpunkts. ATR kann während des S-Phase Checkpunkts PARyliert werden und PARP Inhibitoren können Chk1 überaktivieren und so zu einem S-Phase Arrest führen. Diese Beobachtungen lassen eine Funktion der PARylierungen bei der ATR-Chk1-vermittelten Kontrolle des S-Phase Checkpunkts vermuten. Vor kurzem haben wir eine neue PAR-Bindestelle (PbR) in Chk1 identifiziert und einen Zusammenhang zwischen dem PAR Metabolismus und der Kontrolle der Zellzyklusprogression entdeckt. Während lange PAR-Polymerketten die Kinaseaktivität von Chk1 anregen, unterdrücken kurze PAR-Ketten diese Stimulation. Dies lässt eine Dynamik und Feinabstimmung des S-Phase Checkpunkts durch PAR Auf- und Abbau vermuten. Wir haben ebenfalls entdeckt, dass PbR-Mutationen die Vitalität von BRCA1-mutierten Krebszellen empfindlich schwächen und dass dies auf ein synergistisches Töten der Brustkrebszellen hindeutet. Allerdings sind die biologische Bedeutung und der molekulare Mechanismus der PAR-Bindung an Chk1 in vivo bisher größtenteils ungeklärt. Daher beabsichtigen wir folgende Studien durchzuführen:(1) Die Rolle der PAR-Chk1-Interaktion im ATR-Chk1-Signalweg nach SSBs und replikativem Stress zu definieren.(2) Die biologische Bedeutung des PbR-Motivs in Chk1 mittels Zellsystemen und Mäusen in Bezug auf deren Vitalität, die embryonale und postnatale Entwicklung, sowie deren Gewebeerhalt, zu untersuchen.Wir werden knock-in Mäuse generieren, die ein mutiertes PbR-Chk1 (PbRC/A-Chk1) tragen, um die biologische Funktion der PAR-Bindung an Chk1 durch genetische, zelluläre und molekulare Methoden zu klären. Wir werden die generelle und neuronale Entwicklung dieser PbRC/A-Chk1-mutierten Mäuse verfolgen, um zu untersuchen, ob diese Mäuse hohe Mengen an replikativem Stress während der embryonalen Entwicklung oder im postnatalen Leben haben oder eine beschleunigte Alterung zeigen. Damit würden sie den Seckel-Phänotypen von ATR-hypomorphen Mäusen nachahmen. Die beabsichtigten Studien werden die biologischen Funktionen des Netzwerks zwischen ATR-Chk1 und PARP1/PAR im Umgang mit DNA Schadenssignalen in vivo darstellen. Die spezifische Funktion des PAR-Metabolismus bei der ATR-Chk1 Aktivierung aufzuklären, kann zu neuen Strategien zur Behandlung humaner Tumore führen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen