Eine neue Studie zeigt genau, wie das Gen BRCA2, das mit der Anfälligkeit für Brust- und Eierstockkrebs in Verbindung steht, beschädigte DNA repariert. Durch die Untersuchung von BRCA2 auf der Ebene einzelner Moleküle haben Forscher der University of California, Davis, neue Einblicke in die Mechanismen der DNA-Reparatur und die Entstehung von Krebs gewonnen. Die Arbeit wurde in der Woche vom 27. März in der veröffentlicht Proceedings of the National Academy of Sciences.
„Die Aufklärung der Funktion von BRCA2 ist wesentlich für das Verständnis der molekularen Ätiologie der Krebsentwicklung in Brust- und Eierstockzellen sowie vielen anderen Zelltypen, einschließlich der Prostata“, sagte Stephen Kowalczykowski, angesehener Professor für Mikrobiologie und Molekulargenetik am UC Davis College of Biologische Wissenschaften.
Durch die Visualisierung der BRCA2-Funktion auf Einzelmolekülebene entdeckte Kowalczykowskis Team, dass es als molekulares Begleitorgan fungiert und ein anderes Protein, RAD51, an einzelsträngige DNA liefert. Es sorgt für die Bildung eines funktionellen Filaments von RAD51 und die Reparatur defekter DNA.
„Wenn BRCA2 defekt ist, wird gebrochene DNA nicht originalgetreu repariert, das Genom verliert seine Integrität und schließlich entsteht Krebs“, sagte Kowalczykowski.
Mutationen im BRCA2-Gen sind mit einem erhöhten Krebsrisiko, insbesondere Brust- und Eierstockkrebs, verbunden. Im Jahr 2010 gelang es Teams unter der Leitung von Kowalczykowski und Professor Wolf-Dietrich Heyer in derselben Abteilung der UC Davis, das BRCA2-Protein zu reinigen und zu zeigen, dass es eine Schlüsselrolle bei der DNA-Reparatur spielt.
Die neue Arbeit, die in Kowalczykowskis Labor entwickelte Techniken verwendet, um einzelne Proteine und DNA-Moleküle in Echtzeit abzubilden, gibt neue Einblicke in die Mechanik dieses Reparaturprozesses.
Unsere DNA ist sowohl durch Prozesse innerhalb der Zellen als auch durch äußere Faktoren wie Sonnenlicht oder chemische Belastungen ständig angegriffen. Die Akkumulation von DNA-Schäden kann dazu führen, dass Zellen krebsartig werden. Glücklicherweise verfügen unsere Zellen über mehrere Mechanismen, um DNA zu reparieren. Eine davon ist die homologe Rekombination zur Reparatur von Doppelstrangbrüchen.
Reparieren von Doppelstrangbrüchen
Wenn ein Bruch beide Stränge der DNA-Doppelhelix kreuzt, wird ein Strang ein wenig zurückgeschnitten, um einen einzelnen freiliegenden Strang zu hinterlassen. Dieser Strang macht sich dann auf die Jagd nach seinem Gegenstück im selben Gen im passenden Chromosompaar. Es fügt sich in die gesunde DNA ein und verwendet sie als Vorlage für die Reparatur.
Damit diese Insertion funktioniert, muss der DNA-Einzelstrang mit RAD51 beschichtet werden. Frühere Arbeiten aus Kowalczykowskis Labor haben gemessen, wie schnell RAD51 wie Perlen an einer Schnur an DNA angefügt werden kann.
Die Funktion von BRCA2 besteht darin, RAD51 aufzuladen (jedes BRCA2 kann bis zu sechs RAD51 tragen), ein anderes Protein namens RPA aus dem Weg räumen und die Proteine auf die DNA legen.
Postdoktorand Jason Bell führte die Experimente durch und beobachtete dabei, wie sich RAD51 und BRCA2 entlang der DNA vorarbeiteten. Bell manipulierte DNA-Stücke mit einer einzelsträngigen Lücke und setzte sie RAD51 mit und ohne BRCA2 unter verschiedenen Bedingungen aus.
Die resultierenden Filme zeigen, wie BRCA2 RAD51 auf einzelsträngige DNA chaperoniert und RPA verdrängt.
Das Verständnis der Rolle von BRCA2 bei der DNA-Reparatur hat zwei wichtige Implikationen. Erstens hilft es uns zu verstehen, warum Mutationen von BRCA2 zu einem erhöhten Krebsrisiko führen. Zweitens wirken einige Medikamente zur Behandlung von Krebs, indem sie die DNA schädigen. Indem wir verstehen, wie die DNA-Reparatur funktioniert, können wir neue Medikamente entwickeln, die spezifisch auf Krebszellen abzielen.
Mehr Informationen:
Jason C. Bell et al., BRCA2 Chaperone RAD51 zu einzelnen Molekülen von RPA-beschichteter ssDNA, Proceedings of the National Academy of Sciences (2023). DOI: 10.1073/pnas.2221971120