Die Entdeckung der DNA-Reparatur könnte die Biotechnologie verbessern (mit Video)

02 (Nanowerk-Neuigkeiten) Ein Forscherteam des College of Veterinary Medicine der Michigan State University hat eine Entdeckung gemacht, die Auswirkungen auf therapeutische Strategien zur Genbearbeitung, Krebsdiagnose und -therapie sowie andere Fortschritte in der Biotechnologie haben könnte. Kathy Meek, Professorin am College of Veterinary Medicine, und Mitarbeiter der Universität Cambridge und der National Institutes of Health haben einen bisher unbekannten Aspekt der Reparatur von DNA-Doppelstrangbrüchen entdeckt. Eine große Proteinkinase namens DNA-PK startet den DNA-Reparaturprozess; In ihrem neuen Bericht werden zwei unterschiedliche DNA-PK-Proteinkomplexe charakterisiert, von denen jeder eine spezifische Rolle bei der DNA-Reparatur spielt, die der andere nicht übernehmen kann. „Es bereitet mir immer noch Gänsehaut“, sagt Meek. „Ich glaube nicht, dass das irgendjemand vorhergesehen hätte.“ Meeks Ergebnisse werden in veröffentlicht Molekulare Zelle („Zwei unterschiedliche synaptische Komplexe mit großer Reichweite fördern unterschiedliche Aspekte der Endverarbeitung vor der Reparatur von DNA-Brüchen durch nicht-homologe Endverbindung.“), eine hochwirksame Zeitschrift, die sich mit zentralen zellulären Prozessen wie der DNA-Reparatur befasst.

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Wie DNA-Doppelstrangbrüche repariert werden

DNA, der Bauplan des Lebens, hat die Form einer Helix; Allerdings ist DNA überraschend leicht zu beschädigen. Beispielsweise können ultraviolettes Licht und viele Krebstherapien, einschließlich ionisierender Strahlung und anderer spezifischer Medikamente, Schäden an der DNA verursachen. Manchmal bricht nur einer der beiden Stränge. Da die DNA immer noch durch den zweiten Strang zusammengehalten wird, können Zellen die DNA relativ leicht reparieren – die Zellen kopieren einfach die Informationen vom zweiten Strang. Für Zellen ist es schwieriger, DNA-Schäden zu reparieren, wenn beide Stränge gebrochen sind. Informationen in Form von Nukleotiden können verloren gehen und müssen wieder hinzugefügt werden, bevor die DNA-Enden wieder zusammengefügt werden. Wenn eine Zelle mehrere DNA-Doppelstrangbrüche aufweist, können die DNA-Enden mit dem falschen Partner verbunden werden. Diese Art von Fehler wird häufig mit vielen Krebsarten in Verbindung gebracht. Doppelstrangbrüche können auch schwieriger zu reparieren sein, wenn DNA-schädigende Wirkstoffe chemische Veränderungen an den DNA-Enden verursachen. Beschädigte DNA-Enden werden oft als „schmutzige“ Enden bezeichnet. DNA-PK kann auf zwei Arten bei der Reparatur von DNA-Doppelstrangbrüchen helfen. Bei Lücken mit fehlenden Informationen kann es auf Enzyme abzielen, die fehlende Nukleotide auffüllen können – eine Art Nadel und Faden, die die DNA wieder zusammenfügen. Für „schmutzige“ Enden rekrutiert DNA-PK Enzyme, die die beschädigte DNA abschneiden können, damit die Enden wieder verbunden werden können. So viel war bereits bekannt, aber eine Schlüsselfrage blieb in der wissenschaftlichen Literatur bisher unbeantwortet: Woher weiß DNA-PK, ob die Enden an einem Doppelstrangbruch aufgefüllt oder abgeschnitten werden sollen?

Entdeckung zweier DNA-PK-Komplexe: Auffüllen und abschneiden

Meeks Team und seine Mitarbeiter veröffentlichten zuvor Strukturstudien, die zwei verschiedene DNA-PK-Komplexe, sogenannte Dimere, aufdeckten. Während viele Molekulargenetiker bereits vermuteten, dass DNA-PK dabei hilft, die DNA-Enden während des Wiederverbindungsprozesses zusammenzuhalten, fragten sich viele, warum es zwei Dimere statt nur einem geben sollte. In ihrer neuen Studie entdeckten Meek und ihre Mitarbeiter, dass die beiden unterschiedlichen DNA-PK-Dimere unterschiedliche Funktionen haben; Ein Komplex rekrutiert Enzyme, die verlorene Informationen ergänzen, während der andere schneidende Enzyme aktiviert, die „schmutzige“ Enden entfernen. Das Team entdeckte außerdem, dass die Wirksamkeit der Reparatur vom Gleichgewicht zwischen den beiden Dimeren abhängt.

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• Quelle: https://www.nanowerk.com/news2/biotech/newsid=62490.php