Hochgenaue DNA-Reparatursysteme in Keimzellen
Unser Erbgut wird von Generation zu Generation weitervererbt. Dabei wird es in den Keimzellen, also den Spermien und Eizellen des Menschen, ganz besonders geschützt. Hier sind hochgenaue DNA-Reparaturmechanismen am Werk und stellen sicher, dass nur ganz wenige Veränderungen im Erbgut an die Nachkommen weitergegeben werden. Unser menschliches
Genom ist uns von unseren Vorfahren so nun schon seit 200.000 Jahren durchgängig weitergegeben worden – dank der DNA-Reparatur, die immer wieder für die Bewahrung der Erbinformation gesorgt hat. Auch in unseren Körperzellen muss die DNA ständig repariert werden, aber eben nur für die Dauer des Lebens eines Menschen.
Nicht-funktionierende DNA-Reparatursysteme führen zu schnellerem Altern und Krankheiten
Es kommt jedoch vor, dass Kinder mit nicht-funktionierenden DNA-Reparatursystemen geboren werden. Dann altern sie schneller, entwickeln schon in der Kindheit typische alternsbedingte Krankheiten wie der Abbau des Nervensystems und Arterienverkalkung und haben ein teilweise extrem erhöhtes Krebsrisiko. All dies sind die Folgen von DNA-Schäden, wenn sie nicht repariert werden.
DREAM-Komplex verhindert die Reparatur von DNA-Schäden
Das Team um den Kölner Genetiker Prof. Dr. Björn Schumacher hat erforscht, warum Körperzellen eine schlechtere DNA-Reparatur haben als Spermien und Eizellen. Die Wissenschafler:innen fanden anhand des Fadenwurms C. elegans heraus, dass der DREAM-Proteinkomplex die Mengen an DNA-Reparaturmaschinerien in den Körperzellen begrenzt: Der Komplex setzt sich vor die Baupläne auf die DNA, die die Anleitungen für die Reparaturmaschinen beinhalten. Dadurch wird verhindert, dass sie in großen Mengen hergestellt werden. In Keimzellen hingegen gibt es keinen DREAM-Komplex, sodass dort natürlicherweise große Mengen an DNA-Reparaturmaschinerien hergestellt werden.
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Hemmung des DREAM-Komplexes stellt die Reparaturmaschinerien wieder her
„Wenn wir den DREAM-Komplex in den Körperzellen hemmen, wird eine größere Menge der Reparaturmaschinerien hergestellt, was die Körperzellen extrem widerstandsfähig gegenüber den verschiedensten Arten der DNA-Beschädigungen macht“, sagt Prof. Dr. Björn Schumacher, Direktor des Instituts für Genomstabilität in Alterung und Erkrankung am CECAD Exzellenzcluster für Alternsforschung der Universität zu Köln.
DREAM-Komplex auch bei Säugetieren vorhanden
In weiteren Experimenten mit menschlichen Zellen zeigten die Wissenschaftler:innen, dass der DREAM-Komplex in gleicher Weise in menschlichen Zellen funktioniert. Zudem konnten sie den DREAM-Komplex mit einem pharmakologischen Wirkstoff außer Kraft setzen. „Wir waren sehr erfreut, dass wir hier den gleichen Effekt wie in C. elegans gesehen haben. Die menschlichen Zellen waren nach der Behandlung viel widerstandfähiger gegenüber DNA-Schäden“, sagt Arturo Bujarrabal, Postdoc in Schumachers Team und Erstautor der Studie. Auch bei Mäusen zeigte die Behandlung mit dem DREAM-Komplex Hemmer erstaunliche Wirkung. Mit Hilfe des pharmakologischen Wirkstoffs konnte die DNA in der Netzhaut von Mäusen repariert werden und die Funktion des Auges erhalten werden. Getestet wurde in Mäusen, die wie manche Patient:innen vorzeitig altern und dabei einen typischen Abbau der Netzhaut des Auges zeigen.
DNA-Schäden im Weltall
Genomschäden spielen auch bei der bemannten Raumfahrt wegen der extrem hohen Strahlenlast im Weltall eine große Rolle. Ein längerer Aufenthalt im Weltall ohne eine verbesserte DNA-Reparatur ist kaum vorstellbar.
Therapien, die am DREAM-Komplex ansetzen können das Krebsrisiko senken
Schumacher resümiert: „Therapien die bei diesem neu entdeckten Master-Regulator der DNA-Reparatur ansetzen und diese verbessern, könnten das Krebsrisiko senken, weil Gene intakt bleiben.“ Zudem würde das Risiko altersbedingter Krankheiten gesenkt, weil Zellen nur mit einem intakten Genom ihre Funktion erfüllen können.
