Mechanismen der Benzo(a)pyren-induzierten Seneszenz und der damit assoziierten transkriptonellen Repression der DNA-Reparatur

• Antragsteller: Professor Dr. Markus Christmann
• Fachliche Zuordnung: Public Health, Gesundheitsbezogene Versorgungsforschung, Sozial- und Arbeitsmedizin
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 388225306

Eine koordinierte und fehlerfreie DNA-Reparatur ist von zentraler Bedeutung für die genomische Integrität und das Überleben von Zellen. Eine veränderte Expression von DNA-Reparaturfaktoren könnte die Effizienz der DNA-Reparatur beeinflussen. Die transkriptionelle Regulation von DNA-Reparaturgenen ist daher ein wichtiger Mechanismus, welcher die Anpassung von Zellen an gentoxischen Stress vermittelt. In unseren vorhergehenden Arbeiten haben wir die Regulation der DNA-Reparatur in Abhängigkeit von Benzo(a)pyren-9,10-diol-7,8-epoxid (BPDE), dem aktiven Metabolit von Benzo(a)pyren (B[a]P) untersucht. B[a]P stellt das wichtigste, durch unvollständige Verbrennung während der Essenszubereitung und des Rauchens gebildet Karzinogen dar. Wir konnten zeigen, dass BPDE in nicht-toxischen Konzentrationen, eine transkriptionelle Induktion mehrerer NER-Faktoren verursacht, was zu einer gesteigerten DNA-Reparaturaktivität und zum Schutz der Zellen führt. Weitere Untersuchungen zeigten parallel hierzu eine Repression der Basenfehlpaarungsreparatur-Faktoren MSH2, MSH6 und EXO1 sowie von RAD51, der zentralen Komponente der homologen Rekombination. Die Repression dieser Faktoren wird durch die Blockade der E2F1-vermittelten Transkription vermittelt. Als Teil des vorliegenden Projektes wollen wir die molekularen Mechanismen der Repression genauer untersuchen. Hierbei fokussieren wir uns auf die Aufklärung der Mechanismen die zum Abbau von E2F1 führen und auf Untersuchungen zum Einfluss der Histonmodifikation.Da wir zeigen konnten, dass die Repression dieser DNA-Reparaturmechanismen ein spezifisches Merkmal seneszenter Zellen ist, könnte diese Repression eine große Gefahr für den Organismus in sich bergen. Da Rauchen unterschiedliche DNA-Schäden induziert, ist anzunehmen, dass die Unterdrückung dieser wichtigen DNA-Reparatursysteme zu einer Anreicherung von Mutationen und Chromosomenaberrationen in seneszenten Zellen führt. Desweiteren konnten wir zeigen, dass eine nicht-toxische BPDE Konzentration nur zu einer transienten Aktivierung der DNA-Schadensantwort führt, was eine Wiederaufnahme der Proliferation in den seneszenten Zellen ermöglichen könnte. Solche Zellen, die mit genomischen Veränderungen aus der Seneszenz entkommen, könnten erheblich zum karzinogenen Potential des Rauchens beitragen. Um diese Hypothese zu testen, sollen die molekularen Mechanismen, die für die Einleitung und Aufrechterhaltung der Seneszenz verantwortlich sind, aufgeklärt werden. Die Untersuchungen werden nach BPDE-Exposition vergleichend in seneszenten und nicht-seneszenten Zellen, welche mittels FACS getrennt wurden, untersucht. Hierbei konzentrieren wir uns auf die Bedeutung der DNA-Schadensantwort und des SASP-Phänotyps und planen zusätzlich die Durchführung von Kinom- und Transkriptom-Analysen. Weiterhin soll analysiert werden, ob die Zellen aus der B[a]P/BPDE-induzierten Seneszenz entkommen können und ob diese Zellen verstärkt genomische Veränderungen zeigen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen