Die Erforschung der molekularen Funktion des RecQ4 Proteins in der Genomintegrität

• Antragstellerin: Professorin Dr. Caroline Kisker
• Fachliche Zuordnung: Strukturbiologie ; Biochemie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 396699286

Der Schutz der Erbinformationen ist von höchster Bedeutung für jedes Lebewesen. Die funktionelle Beeinträchtigung der DNA führt dazu, dass wichtige zelluläre Prozesse nicht korrekt ausgeführt werden können, was zum Alterungsprozess und der Entstehung von Krebs beiträgt. Die Familie der RecQ Helikasen repräsentiert eine essentielle Klasse von Proteinen, die eine zentrale Rolle im Schutz des Genoms einnimmt und an praktisch allen DNA-basierten Reaktionen, wie der DNA Replikation, DNA Reparatur und dem Erhalt von Telomeren, beteiligt ist. Unter den fünf RecQ Helikasen, die in menschlichen Zellen vorkommen, nimmt RecQ4 eine besondere Position ein, da ihm einige der hoch konservierten und funktional wichtigen RecQ-Domänen fehlen. Zudem ist es die einzige RecQ Helikase, die sowohl im Zellkern als auch in den Mitochondrien nachgewiesen werden konnte. Mutationen in RecQ4 führen im Menschen zu drei systemischen Erkrankungen: dem Rothmund-Thomson-Syndrom Typ II, dem RAPADILINO Syndrom und dem Baller-Gerold-Syndrom, die sich durch eine Kombination aus Entwicklungsstörungen, skelettalen Fehlbildungen, einer Veranlagung verschiedene Krebsarten zu entwickeln und/oder dem verfrühten Auftreten diverser Alterungserscheinungen ausweisen. Nicht nur die Defizienz, sondern auch die Hochregulation von RecQ4 kann sich nachteilig auswirken. Letzteres ist in verschiedenen Tumorarten beobachtet worden und wird mit der Tumorentstehung und Metastasierung in Verbindung gebracht. Unsere strukturelle Analyse der RecQ4 Helikase zeigte, dass RecQ4 eine neue C-terminale Domäne aufweist, die wahrscheinlich als Modul für die Interaktion mit verschiedenen DNA Substraten und/oder Protein-Bindepartnern agiert. Zudem deutet unsere funktionelle Analyse darauf hin, dass RecQ4 einen eher untypischen Mechanismus zur DNA-Doppelstrangtrennung verwendet, welcher deutlich von den letzten ca. 100 Aminosäuren des C-terminus beeinflusst wird. Um die molekularen Grundlagen dieses ungewöhnlichen Mechanismus aufzuklären, werden wir RecQ4 mit seinem C-terminus im Komplex mit verschiedenen DNA Substraten strukturell und funktionell charakterisieren. Um die genaue Funktion der neu entdeckten Domäne in RecQ4 zu bestimmen, werden wir sowohl Interaktionsstudien mit verschiedenen DNA Strukturen durchführen, welche natürlich vorkommende DNA Metabolismus Intermediäre darstellen, als auch die Interaktion zwischen RecQ4 und DNA-Reparatur-relevanten Bindungspartnern wie PARP-1, p53 und XPA untersuchen. Die Minimalkomplexe dieser Interaktionen werden für die strukturelle Analyse eingesetzt und anschließend sowohl in vitro als auch in vivo funktionell charakterisiert. Die Analyse des Helikase-Mechanismus in Kombination mit funktionalen Interaktionsstudien zwischen RecQ4 und spezifischen DNA Substraten und DNA-Reparatur relevanten Bindepartnern wird zu wichtigen Rückschlüssen bezüglich seiner Funktion zum Erhalt der Erbinformation führen und wie es zur Entstehung RecQ4-assoziierter Erkrankungen kommen kann.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen