Leiter der Forschungsgruppe

Dr. Christian Biertümpfel
Dr. Christian Biertümpfel

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Wie reparieren Zellen geschädigte DNA?

Forschungsgruppe „Molekulare Mechanismen der DNA-Reparatur" (Christian Biertümpfel)

DNA lebt unter Beschuss: Ohne Unterlass ist das genetische Material gefährlichen Einflüssen wie radioaktiver Strahlung, UV-Licht oder toxischen Chemikalien ausgesetzt. Weil DNA-Schäden schwere Krankheiten wie Krebs oder auch Geburtsdefekte auslösen können, werden sie von der Zelle so schnell wie möglich behoben. Christian Biertümpfel möchte mit seiner Forschungsgruppe „Molekulare Mechanismen der DNA-Reparatur“ die daran beteiligten Faktoren identifizieren und klären, wie sie miteinander interagieren und reguliert werden.
Ein Doppelstrangbruch mit einem vollständig durchtrennten DNA-Molekül gilt als besonders gefährlich und birgt gleich zwei Risiken: Kann der Schaden nicht behoben werden, ist eine Zelle dazu gezwungen, sich selbst durch „programmierten Selbstmord“ zu vernichten. Wird der Schaden jedoch fehlerhaft repariert, können massive Veränderungen im genetischen Material zurückbleiben – eine Eigenschaft von Krebs und anderen Leiden. Biertümpfels Interesse gilt einem besonderen Reparaturmechanismus der Zelle, der bei Doppelstrangbrüchen zum Einsatz kommt und bei dem kaum Fehler auftreten: die homologe Rekombination.
Dieser Vorgang ist auch dafür bekannt, dass er bei der Verschmelzung von Ei- und Samenzelle für den kontrollierten Austausch von DNA-Abschnitten und damit für genetische Varianz beim Nachwuchs sorgt. Möglich ist die Reparatur durch die homologe Rekombination, weil die genetische Information in höheren Organismen in doppelter Ausführung vorliegt. Ist eine Kopie beschädigt, kann die andere als Anleitung für die Reparatur dienen.
Im Reparaturprozess bildet sich eine sogenannte Holliday-Struktur: Intakte und geschädigte DNA-Stränge werden zu einem „molekularen Knoten“ miteinander verknüpft. Anhand der unversehrten Vorlage können dann die Schäden im defekten DNA-Molekül behoben werden. Ist die Reparatur abgeschlossen, wird die Holliday-Struktur aufgelöst, so dass wieder zwei funktionstüchtige DNA-Moleküle vorliegen. Dies ist für die Zelle ein kritischer und äußerst vielschichtiger Prozess, den Biertümpfel untersuchen möchte.
Langfristig wollen er und sein Team das gesamte modulare Netzwerk der DNA-Reparatur sowie dessen Regulation und zelluläre Verknüpfungen entschlüsseln. Dieses ambitionierte Vorhaben umfasst einen weitgehend unverstandenen Mechanismus, der nur zum Tragen kommt, wenn die DNA-Reparatur an ihre Grenzen stößt: Erweist sich eine Beschädigung als irreparabel, wird sie vorerst in Kauf genommen. Bei der nächsten DNA-Vervielfältigung wird als Ersatz ein intaktes DNA-Stück synthetisiert und anstelle des defekten Abschnitts eingesetzt. Dieser Vorgang spielt eine besondere Rolle beim Umgang mit DNA-Schäden, die durch das UV-Licht der Sonne hervorgerufen werden und zu Hautkrebs führen können.

 
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