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Forschungsprojekte

Loizou Labor

DNA-Schädigung und Reparaturmechanismen

Das menschliche Genom ist ständig endogenen und exogenen Quellen von DNA-Schäden ausgesetzt. Die DNA-Reparatur stellt die Integrität großer eukaryotischer Genome sicher, indem sie die Mutationsraten minimiert und dadurch die Entstehung von Krebs unterdrückt.

Wir sind daran interessiert, die verschiedenen, hochwirksamen Wege für die DNA-Reparatur zu erforschen, die unterschiedliche Spezifitäten aufweisen und trotz teilweiser Redundanzen evolutionär konserviert sind.

Durch die Untersuchung der genetischen Wechselwirkungen zwischen DNA-Schädigung und Reparaturmechanismen ist es unser ultimatives Ziel, dass unsere Erkenntnisse den Weg zu rationalen therapeutischen Ansätzen ebnen.

Folgen von DNA-Schäden und -Reparatur auf genomische Mutationssignaturen

Abbildung 1: Mutationen resultieren aus DNA-Schäden und anschließenden DNA-Reparaturprozessen. Wir entwickeln experimentelle Ansätze, um spezifische Mutationsergebnisse, sogenannte Mutationssignaturen, die im menschlichen Genom auftreten, zu identifizieren.

Die Zusammenstellung somatischer Mutationen ist das Ergebnis eines oder mehrerer Mutationsprozesse, die aufgrund von DNA-Schäden und Reparaturprozessen wirksam wurden.

Die resultierende Mutationssignatur wird durch die Intensität und Dauer der Exposition gegenüber jedem Mutationsprozess bestimmt. Wir versuchen, den Beitrag verschiedener DNA-Schäden und Reparaturprozesse zur Generierung von Mutationssignaturen systematisch abzubilden und so den Beitrag genetischer und umweltbedingter Quellen zur Genomstabilität zu entschlüsseln (Abbildung 1).

Synthetische tödliche und lebensfähige Wechselwirkungen

Abbildung 2: 1. DNA-Schäden werden bevorzugt durch Pathway 1 repariert und 2. Mutationen in Gen B innerhalb dieses Pathway führen zu Defekten in der DNA-Reparatur. 3. Die Mutation von Gen A, das ein Suppressor des alternativen Pathway 2 ist, ermöglicht die Wiederaufnahme der DNA-Reparatur. 4. Die Hemmung von Gen A ist ein alternativer Ansatz, um die Verwendung des alternativen Wegs 2 zu ermöglichen.

Komplexe Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Genen stehen seit Jahrzehnten im Fokus der genetischen Forschung an Modellorganismen. Die Konzepte der synthetischen Letalität und der synthetischen Lebensfähigkeit wurden ausgiebig erforscht, da Defekte in einem bestimmten zellulären Weg Zellen für den Verlust eines anderen (de)sensibilisieren können.

Mithilfe von Ansätzen im Genommaßstab, einschließlich CRISPR-Screens, zielen wir darauf ab, neue therapeutische Ziele in großem Umfang zu identifizieren, um Pathologien zu lindern. Unsere Hypothese ist, dass durch die Erforschung des genetischen, proteomischen und chemischen Raums neue regulatorische Wege für die DNA-Reparatur identifiziert werden (Abbildung 2).

Reparatur von CRISPR-Cas9-erzeugten DNA-Brüchen

Figure 3: DNA breaks generated by Cas9 are repaired in an error-free manner via homology-directed repair or in an error-prone manner via either classical non-homologous end-joining or microhomology-mediated end-joining.

Es wird angenommen, dass die Reparatur von DNA-Doppelstrangbrüchen hauptsächlich über zwei Hauptwege erfolgt: fehleranfällige nicht-homologe und verbindende (NHEJ) und fehlerfreie homologe Rekombination (HR). Ein Enzym, das DNA-Doppelstrangbrüche erzeugt und umfassend zur Förderung der Genbearbeitung eingesetzt wird, ist Cas9.

Während große Anstrengungen in die Nutzung von CRISPR-Cas9 zur Geneditierung unternommen wurden, wurden vergleichsweise wenig Fortschritte in Bezug auf die zellulären Mechanismen erzielt, mit denen durch Cas9 erzeugte DNA-Läsionen behandelt werden.

Wir sind daran interessiert, den Beitrag von DNA-Reparaturwegen zur Auflösung von DNA-Doppelstrangbrüchen zu verstehen, die von verschiedenen Versionen von Cas9 erzeugt werden (Abbildung 3).