Bewegung der DNA im Zusammenhang mit ihrer Schadensreaktion, Fähigkeit, sich selbst zu reparieren

Ein multidisziplinäres Team von Forschern der Indiana University hat entdeckt, dass die Bewegung von Chromatin, dem Material, aus dem die DNA besteht, dazu beitragen kann, eine effektive Reparatur von DNA-Schäden im menschlichen Kern zu erleichtern – eine Erkenntnis, die zu einer verbesserten Krebsdiagnose und -behandlung führen könnte. Ihre Ergebnisse wurden kürzlich in der veröffentlicht Proceedings of the National Academy of Sciences.

DNA-Schäden treten auf natürliche Weise im menschlichen Körper auf und die meisten Schäden können von der Zelle selbst repariert werden. Eine erfolglose Reparatur könnte jedoch zu Krebs führen.

„DNA im Zellkern ist immer in Bewegung, nicht statisch. Die Bewegung ihres Komplexes höherer Ordnung, Chromatin, spielt eine direkte Rolle bei der Beeinflussung der DNA-Reparatur“, sagte Jing Liu, Assistenzprofessor für Physik an der School of Science der IUPUI. „Frühere Forschungen zeigen bei Hefe, dass DNA-Schäden die Chromatinbewegung fördern und ihre hohe Mobilität auch die DNA-Reparatur erleichtert. In menschlichen Zellen ist diese Beziehung jedoch komplizierter.“

Liu und seine Kollegen fanden heraus, dass sich das Chromatin am Ort des DNA-Schadens viel schneller bewegt als das vom DNA-Schaden entfernte. Sie fanden auch heraus, dass sich das Chromatin in den Zellkernen nicht zufällig bewegt. Es ist eine kohärente Bewegung, bei der sich die DNA als Gruppe über eine kurze Distanz bewegt.

Die Forscher fanden auch Hinweise darauf, dass DNA-Schäden die Gruppenbewegung der DNA beeinflussen können, indem sie die Kohärenz verringern. Diese Ergebnisse zeigen, dass die Chromatinbewegung unter strenger Kontrolle steht, wenn die DNA beschädigt ist. Dies ist wichtig, um die beschädigte DNA vor schädlichem Kontakt zu schützen und die Genauigkeit und Wirksamkeit der DNA-Reparatur zu verbessern, sagte Liu.

„Unsere Ergebnisse zeigen eine grundlegende Rolle der Chromatinbewegung bei der Reaktion auf DNA-Schäden und der DNA-Reparatur“, sagte Liu. „Diese Ergebnisse können helfen, den Mechanismus der DNA-Reparatur in menschlichen Zellen und die Krebsentstehung beim Menschen zu verstehen. Praktisch können wir diese Ergebnisse als Metriken für die Arzneimittelwirkung vieler verschiedener Medikamente zur Behandlung von Krebs verwenden. Wir können verschiedene Medikamente testen sehen, ob die Chromatinbewegung modifiziert werden kann, um die DNA-Reparatur zu verbessern.“

Um diese Forschung durchzuführen, mussten Liu und seine Kollegen die Rechenwerkzeuge entwickeln, die für die Analyse riesiger Datenmengen erforderlich sind. Bei Datengrößen von teilweise bis zu einem Terabyte arbeiteten Liu und seine Kollegen mit den University Information Technology Services der IU zusammen, um das skalierbare Datenarchiv hochdynamischer Zellbilder einzurichten, das die Datenspeicherung, Datenübertragung und Datenverarbeitung zentralisiert.

In Zukunft hoffen die Forscher, einzelne DNA-Moleküle zu untersuchen und wie sie sich bewegen und wie sich individuelle und Gruppendynamiken als Reaktion auf DNA-Schäden unterscheiden und verändern. Sie würden auch gerne mehr über die DNA-Bewegung in bestimmten Genen erfahren, von denen bekannt ist, dass sie anfälliger für DNA-Schäden sind.