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News: Schutzschalter gegen Erbschäden

Ein bestimmtes Protein der Zelle erweist sich als vielseitig: Je nach Bedarf kann es sowohl bei der Verdopplung der DNA mitwirken, als auch genetische Schäden reparieren.
Der Träger der Erbinformation, die DNA, kann durch unterschiedliche Umwelteinflüsse, wie beispielsweise UV-Licht, geschädigt werden. Diese Schädigungen führen zu Änderungen in der Erbinformation, die für die Entstehung von Krebs, aber auch für den Alterungsprozess mit verantwortlich sind. Da die Art der Schäden sehr unterschiedlich sein kann, besitzt die Zelle auch verschiedene Möglichkeiten, diese Schäden der DNA zu reparieren.

Da grundlegende Prozesse in der menschliche Zelle weitgehend identisch mit den Vorgängen in Zellen weniger komplexer Organismen ablaufen, erforschen Wissenschaftler die Hintergründe der DNA-Reparatur zunächst bei der Bäckerhefe. Auch der Zellbiologe Stefan Jentsch und seine Mitarbeiter vom Max-Planck-Institut für Biochemie in Martinsried versuchte, an diesem Modellsystem wichtige Details der Reparaturmechanismen bei geschädigter DNA aufzuklären.

Im Mittelpunkt ihres Interesses stand dabei ein Protein mit dem Kürzel PCNA. Es spielt bei der Verdopplung des genetischen Materials und bei der DNA-Reparatur eine wesentliche Rolle. Das Protein bildet einen Ring, der die DNA umschließt. Während des Verdopplungsprozesses fährt es quasi im Geleit mit dem für die Replikation zuständigen Enzym, der Polymerase, den DNA-Strang ab. Trifft das Duo auf eine Stelle, an der die DNA beschädigt ist, hält es an, um eine Reparatur des Schadens zu ermöglichen.

Vier Mitarbeiter der Arbeitsgruppe – Carsten Hoege, Boris Pfander, George-Lucian Moldovan und George Pyrowolakis – entdeckten nun, dass das PCNA-Protein durch Verknüpfung mit weiteren Proteinen verändert wird: Verknüpft sich PCNA mit dem Protein SUMO, übernimmt es Aufgaben während der DNA-Replikation. Die Verknüpfung mit Ubiquitin schaltet dagegen die DNA-Reparatur-Funktion von PCNA an. Dass dieser neu entdeckte Mechanismus große Bedeutung für die Überlebensfähigkeit der Zellen besitzt, ergaben weitere Experimente: Kann Ubiquitin nicht mehr mit dem PCNA-Protein verknüpft werden, so zeigten sich die Zellen der Bäckerhefe äußerst empfindlich gegenüber UV-Strahlung.

Damit scheint ein wichtiger molekularer Umschaltmechanismus aufgedeckt: PCNA ist quasi ein zellulärer Schutzschalter. Je nachdem mit welchem Molekül er verknüpft wird, schaltet er zwischen verschiedenen Funktionen in der Zelle hin und her. Da der von den Martinsrieder Wissenschaftlern gefundene Reparaturmechanismus beim Menschen identisch ist, hoffen Jentsch und seine Mitarbeiter, dass sie mit ihrer Arbeit einen Grundstein für neue Therapie- und Diagnoseformen bei Krebs gelegt haben.

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