Nachwuchsgruppe DNA-Reparaturmechanismen und Krebs

Dr. Hans Hombauer

DNA-Replikation und Reparatur. Drei Faktoren beeinflussen die Genauigkeit der DNA-Replikation: 1) das intrazelluläre Gleichgewicht und die Konzentration der Desoxynukleotide (dNTPs), 2) die Nukleotidselektivität und die Korrekturlese-Funktion der DNA-Polymerasen und 3) der post-replikative Prozess der DNA Mismatch Reparatur (MMR).
© dkfz.de

Unsere Gruppe untersucht die Mechanismen, die für die Stabilität des Genoms sorgen, besonders diejenigen, die an der Reparatur von DNA-Fehlpaarungen (Mismatch repair pathway, MMR) beteiligt sind. MMR korrigiert von der DNA-Polymerase eingeführte DNA-Replikationsfehler. Die Inaktivierung des MMR-Systems führt zur Erhöhung der Mutationsrate und des Krebsrisikos. Mit mikroskopischen Methoden konnten wir an lebenden Hefezellen beweisen, dass MMR-Erkennungskomplexe (Msh2-Msh6) mit der DNA-Replikationsmaschinerie assoziiert sind. Diese Komplexe sammeln sich an charakteristischen Stellen im Zellkern, welche höchstwahrscheinlich Erkennungszwischenprodukte während des Reparaturprozesses darstellen. Des Weiteren haben wir herausgefunden, dass nachgeschaltete MMR-Komponenten (Mlh1-Pms1) auch an charakteristischen Stellen im Zellkern zu finden sind. Diese sind von der Erkennung von Fehlpaarungen abhängig und stellen Orte aktiver DNA-Reparatur dar. Zusätzlich haben wir verschiedene Mutationen in MMR- und DNA-Reparatur-Komponenten identifiziert, welche die Häufigkeit dieser Zwischenprodukte beeinflussen. In Zusammenhang mit diesen Untersuchungen konnten wir die MMR-Proteinexpression auf bestimmte Phasen des Zellzyklus beschränken (MMR-Cyclin-Proteinchimären) und damit beweisen, dass MMR an den Ablauf der DNA-Replikation gekoppelt und nur zu einem kurzen Zeitpunkt aktiv ist.

Für unsere Studien benutzen wir Hefe (Saccharomyces cerevisiae) als Modellorganismus. Sie hat einen kurzen Lebenszyklus, ist einfach genetisch manipulierbar und es stehen etablierte Hochdurchsatztechniken zur Verfügung. Dies macht sie zu einem hervorragenden Modell, um evolutionär konservierte Mechanismen wie die Reparatur von DNA-Fehlpaarungen zu erforschen. Wir verwenden zell-, molekularbiologische und genetische Methoden, um die Auswirkungen manipulierter Allele auf das MMR-System in vivo zu untersuchen und dadurch Einblicke in die Funktionsweise des MMR-Systems zu erhalten. Als zweites Modellsystem verwenden wir Säugerzellen, um unsere Erkenntnisse auf höher entwickelte eukaryotische Organismen zu übertragen.

Unserer Forschungsziele sind:

  • die Erforschung der mechanistischen Aspekte des MMR, z.B:
    • die Identifizierung und Charakterisierung des Signals für die Unterscheidung zwischen dem neu synthetisierten und dem parentalen DNA-Strang in Eukaryoten,
    • die Charakterisierung von DNA-Erkennungs- und Reparaturzwischenprodukten,
    • die Regulation und Rekrutierung von nachgeschalteten MMR-Komponenten.
  • die Identifizierung von unbekannten Genen, die die Anhäufung von Mutationen verhindern
  • die Analyse, welchen Beitrag einige wichtige Schlüsselkomponenten der DNA-Reparatursysteme während der verschiedenen Phasen des Zellzyklus leisten

Kontakt

Dr. Hans Hombauer
DNA-Reparaturmechanismen und Krebs (A310)
Deutsches Krebsforschungszentrum
Im Neuenheimer Feld 581
69120 Heidelberg
Tel: +49 6221 42 3239

Ausgewählte Publikationen

  • Schmidt, T. T., G. Reyes, K. Gries, C. U. Ceylan, S. Sharma, M. Meurer, M. Knop, A. Chabes and H. Hombauer (2017). Alterations in cellular metabolism triggered by URA7 or GLN3 inactivation cause imbalanced dNTP pools and increased mutagenesis. Proc Natl Acad Sci U S A, in press.
  • Goellner, E. M., C. E. Smith, C. S. Campbell, H. Hombauer, A. Desai, C. D. Putnam and R. D. Kolodner (2014). PCNA and Msh2-Msh6 activate an Mlh1-Pms1 endonuclease pathway required for Exo1-independent mismatch repair. Mol Cell 55(2): 291-304.
  • Hombauer, H., A. Srivatsan, C. D. Putnam and R. D. Kolodner (2011). Mismatch repair, but not heteroduplex rejection, is temporally coupled to DNA replication. Science 334(6063): 1713-1716.
  • Hombauer, H., C. S. Campbell, C. E. Smith, A. Desai and R. D. Kolodner (2011). Visualization of eukaryotic DNA mismatch repair reveals distinct recognition and repair intermediates. Cell 147(5): 1040-1053.
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