Stabilität fürs Erbgut
In Krebszellen befindet sich das Erbgut oft in einem chaotischen, instabilen Zustand. Eine Forschungsgruppe aus dem Würzburger Biozentrum beschreibt jetzt im Magazin „Nature“, welche Enzyme die DNA stabilisieren können.
G-Quadruplexe sind knotenartige Stellen in der DNA, an denen viele Guanin (Nukleinsäure) eine Kernfunktion ausüben. Sie spielen für die Stabilität des Erbguts eine wichtige Rolle. (Grafik: Katrin Paeschke)
Die Biochemikerin Katrin Paeschke (vorn, zweite von rechts) mit ihrer Arbeitsgruppe. (Foto: privat)
In gesunden Zellen des Menschen liegt das Erbgut in aller Regel hoch geordnet vor: Die DNA ist fein säuberlich in genau 46 Chromosomen verpackt. In Krebszellen bietet sich oft ein anderes Bild: Chromosomen können zerbrochen oder auf andere Weise beschädigt sein; manchmal ist sogar das gesamte Erbgut wild durcheinandergewürfelt.
Für die Stabilität des Erbguts sind Enzyme wichtig, die sich im Lauf der Evolution kaum verändert haben. Das berichtet eine Biochemie-Forschungsgruppe der Universität Würzburg mit Kollegen aus den USA und der Schweiz im Wissenschaftsmagazin „Nature“. In dem Artikel wird auch beschrieben, an welchen Stellen der DNA die Enzyme ihre Wirkung ausüben.
Ohne Helikasen zerfällt das Erbgut
Bei den Enzymen handelt es sich um die so genannten Pif1-Helikasen. „Egal ob in Bakterien, Hefezellen oder beim Menschen: Die Pif1-Helikasen oder ihre Homologe haben überall die gleiche Funktion; sie stabilisieren das Erbgut“, sagt Dr. Katrin Paeschke, die am Lehrstuhl für Biochemie der Uni Würzburg eine eigenständige Nachwuchsgruppe leitet.
Wie wichtig die Helikasen sind, zeigt sich besonders dann, wenn sie nicht mehr funktionieren. „Das ist häufig in Brustkrebszellen der Fall“, so Paeschke. Deutliche Folgen habe es auch, wenn die Enzyme in Zellen der Bäckerhefe mutieren: Dann kommt es in deren Erbgut zu dramatischen Zerfallsprozessen.
Wo Helikasen die DNA stabilisieren
Ihre stabilisierende Wirkung entfalten die Helikasen an speziellen Strukturen im Erbgut, den so genannten G-Quadruplexen. „Das sind knotenartige Elemente, die im DNA-Molekül auftreten können“, erklärt die Würzburger Forscherin. Diese Strukturen erfordern besonderen Schutz: Wo sie auftreten, zerbricht die DNA sehr leicht. Ohne die schützenden Helikasen kommt es rund um die Knoten zu besonders chaotischen Veränderungen, wie Paeschkes Team beobachtet hat.
G-Quadruplexe weiter erforschen
Für die Krebstherapie haben diese neuen Erkenntnisse keine unmittelbaren Konsequenzen. „Für die fernere Zukunft ist es denkbar, dass man über die Regulierung der G-Quadruplexe den Zusammenbruch des Erbguts in Krebszellen vielleicht bremsen kann“, meint Paeschke. Aber zunächst einmal wollen die Biochemikerin und ihr Team einen anderen Aspekt untersuchen: „G-Quadruplexe werden auch in gesunden Zellen in Anwesenheit der Pif-Helikasen fehlreguliert. Wir möchten analysieren, wie diese wichtigen Strukturen unter diesen Umständen repariert werden.“
Über Katrin Paeschke
Nach einem Forschungsaufenthalt an der Universität Princeton (USA) kam Katrin Paeschke Anfang 2012 an die Universität Würzburg. Hier leitet sie seitdem eine von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderte Emmy-Noether-Nachwuchsgruppe. 2012 erhielt sie einen Heinz-Maier-Leibnitz-Preis der DFG und den Röntgenpreis der Universität Würzburg. Beide Auszeichnungen werden an herausragende Nachwuchswissenschaftler vergeben.
„Pif1 family helicases suppress genome instability at G-quadruplex motifs”, Katrin Paeschke, Matthew L. Bochman, P. Daniela Garcia, Petr Cejka, Katherine L. Friedman, Stephen C. Kowalczykowski, and Virginia A. Zakian, Nature, 8. Mai 2013, doi: 10.1038/nature12149
Kontakt
Dr. Katrin Paeschke, Lehrstuhl für Biochemie, Biozentrum der Universität Würzburg,
katrin.paeschke@biozentrum.uni-wuerzburg.de
