Peter Rüegg

Wissenschaftler aus Deutschland, Frankreich, England und von der ETH Zürich haben einen wichtigen Mechanismus entdeckt, mit dem tierische Zellen Schäden an der Erbsubstanz beheben: Das Signalmolekül Ubiquitin wirkt wie ein molekularer Schalter, der die Reaktion der Zelle auf DNS-Schäden reguliert. Diese Erkenntnis gilt als Meilenstein auf dem Weg zu einem besseren Verständnis der Reparaturmechanismen in Zellen und der möglichen Entwicklung von neuen Medikamenten gegen Krankheiten wie Krebs, die unter anderem aufgrund fehlender Reparaturmechanismen an der DNS ausbrechen können.

Schaden an DNS blockiert Verdoppelung

Sobald sich eine Zelle teilt, muss sie nämlich die DNS verdoppeln - ein bedeutender Schritt. Diese sogenannte Replikation ist ein komplizierter Vorgang, für den es ein ganzes Arsenal an Enzymen und Proteinen braucht, die den DNS-Doppelstrang aufzwirbeln und offen halten. Im Verbund mit einem ringförmigen Protein, dem PCNA, bewegen sich schliesslich Polymerasen entlang der beiden Einfachstränge und stellen einen Negativabzug her. Dieser wird später so ergänzt, dass danach zwei vollständige Doppelstränge in der Zelle vorliegen.

Ein Schaden im DNS-Einzelstrang blockiert jedoch das Enzym-Duo PCNA-Polymerase. Die Zelle muss Reparatur-Polymerasen als Notfallhelfer aufbieten, welche die Verdoppelung fortsetzen. Wie diese Zutritt zur blockierten Replikationsmaschinerie erhalten, war den Forschern lange Zeit unklar. Jetzt haben sie eine überraschende Entdeckung gemacht, die sie Mitte Dezember in der Fachzeitschrift Science veröffentlicht haben: an der Oberfläche von Reparatur-Polymerasen gibt es zwei bestimmte Stellen, sogenannte Domänen, die Ubiquitin binden können (1). Letzteres ist ein Protein, das bei der Signalübermittlung bei verschiedenen Prozessen in Zellen eine wichtige Rolle spielt.

Signalmolekül reguliert Reparatur-Mechanismus

Im Falle eines Unterbruchs der Replikation lagert sich ein Ubiquitin-Molekül an PCNA an. Über ihre Ubiquitin-Domäne interagieren nun die Ersatz-Polymerasen mit dem so veränderten PCNA und erlauben damit die Fortsetzung der DNS-Verdoppelung an der beschädigten Stelle. Die Forscher versuchen nun zu klären, ob ein weiterer Kontakt mit Ubiquitin die Notfall-Polymerase dazu bringt, den DNS-Strang wieder zu verlassen und der ursprünglichen Polymerase Platz zu machen.

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