Ein KNOTEN koordiniert die Rekombination

27. März 2023, von MIN-Dekanat

Foto: UHH/MIN/Schnittger

Eine Zeitreihe von Arabidopsis-Wurzeln, die 0, 3, 6, 12, 24 und 30 Stunden analysiert wurden: Der Bloom Komplex wird nach DNA-Schäden schnell durch Autophagie abgebaut - sichtbar gemacht durch die Fusion einer zentralen Komponente dieses Komplexes (genannt RMI1) an ein grün-fluoreszierendes Protein (GFP).

Ein internationales Forschungsteam unter Leitung des Fachbereichs Biologie der Universität Hamburg hat ein neues Protein in Pflanzen entdeckt, welches die homologe Rekombination, also die Reparatur ähnlicher DNA-Moleküle, ermöglicht. Die Arbeiten könnten auch für die klinische Forschung zu neurodegenerativen Erkrankungen und Krebs von Bedeutung sein und wurden in der Fachzeitschrift „EMBO Journal“ veröffentlicht.

Die Erbsubstanz aller Lebewesen wird konstant geschädigt, sei es durch Umwelteinflüsse wie das Sonnenlicht oder durch Stoffwechselprodukte im Organismus selbst, zum Beispiel hochreaktive Sauerstoffmoleküle. Eine besonders gefährliche Art von Schäden sind Kreuzvernetzungen von DNA-Strängen. Diese können jedoch fehlerfrei mittels eines Mechanismus repariert werden, der homologe Rekombination (HR) genannt wird. Allerdings birgt HR auch Gefahren für eine Zelle, denn unkontrolliert kann HR selbst zu DNA-Schäden führen, die neurodegenerative Erkrankungen und Krebs auslösen können. Wie aber diese molekulare Büchse der Pandora geöffnet wird, ist noch nicht gut verstanden.

Nun hat ein internationales Forschungsteam unter Leitung des Hamburger Entwicklungsbiologen Prof. Dr. Arp Schnittger von der Universität Hamburg nach einer Kreuzvernetzung von DNA in Pflanzen der Art Arabidopsis ein Protein, genannt KNOTEN1, mit bisher unbekannter Funktion entdeckt.

In den Studien konnte das Team zeigen, dass KNOTEN1 den Abbau des sogenannten Bloom-Komplexes, einem zentralen Regulator der HR fördert, und damit HR ermöglicht. „Das heißt, nicht nur die Herstellung von Proteinen, sondern gerade auch der kontrollierte Abbau – in diesem Falle die Autophagie – von Proteinen stellt ein wichtiges Werkzeug für die Funktion und das Überleben einer Zelle dar“, sagt Prof. Arp Schnittger. „Das gilt gerade auch bei der Stressantwort einer Zelle.“

Dabei hat eine Zelle nicht nur einen Abbauweg für Proteine, sondern mehrere. Das Forschungsteam von Schnittger fand heraus, dass für eine genaue Kontrolle der HR zwei zentrale Abbauwege – der Proteasom- und der Vakuolär-vermittelte Abbau – ineinandergreifen und zusammenspielen. „Es ist wahrscheinlich, dass auch in Menschen eine ähnliche Kontrolle stattfindet und wir hoffen, dass unsere Arbeiten die Forschung der Kolleginnen und Kollegen im klinischen Bereich stimulieren wird“, schließt Schnittger.