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Dissertation zugänglich unter
URN: urn:nbn:de:gbv:18-81465
URL: http://ediss.sub.uni-hamburg.de/volltexte/2016/8146/


Auswirkung eines Defektes in den Genen Fanconi A, B, D1 und D2 auf Replikationsprozesse sowie auf die Aktivierung ruhender Replikationsursprünge nach Behandlung mit genotoxischen Agenzien

The impact of a defect in the genes Fanconi A, B, D1 and D2 on replication processes and on the activation of silent replication origins after treatment with genotoxic agents

Rosenthal-Pihl, Maren

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Basisklassifikation: 44.48
Institut: Medizin
DDC-Sachgruppe: Medizin, Gesundheit
Dokumentart: Dissertation
Hauptberichter: Borgmann, Kerstin (PD Dr.)
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 20.09.2016
Erstellungsjahr: 2016
Publikationsdatum: 04.11.2016
Kurzfassung auf Deutsch: Der Erhalt der genomischen Stabilität ist das fundamentale Ziel der Zelle. Dies wird unter anderem sowohl durch eine fehlerfreie DNA-Replikation als auch durch die Reparatur von DNA-Schäden gewährleistet. Kollidiert die Replikationsmaschinerie mit DNA-Instrastrang-Vernetzungen, wird der Fanconi-Reparaturweg aktiviert, wobei es in erster Linie zur Interaktion der 15 Fanconi-Gene kommt. Die replikative S-Phase wird unterbrochen, weitere Initiationsereignisse der Replikation werden unterdrückt und die Reparatur erfolgt mittels Homologer Rekombination. Ein Defekt in den Genen des Fanconi-Reparaturweges führt zu einer erhöhten genomischen Instabilität, welche sich in einer erhöhten Krebs-Prädisposition manifestiert.
Ziel dieser Arbeit war es zu untersuchen, inwiefern sich ein Defekt in den Fanconi-Genen A, B, D1 und D2 auf die Replikationsprozesse der Zelle auswirkt. Für eine detaillierte Untersuchung der Replikation wurden zunächst die Elongation und die Aktivierung von Replikationsursprüngen im unbehandelten Zustand untersucht. Im Weiteren wurde untersucht, wie sich die Replikation nach Behandlung mit Mitomycin C oder Wasserstoff-Peroxid verhält. Es war von besonderem Interesse zu überprüfen, inwiefern die Fanconi-Proteine A und B, die als Proteine des „Core“-Komplexes agieren und somit maßgeblich für die Aktivierung des Reparaturweges durch die Monoubiquitylierung von Fanconi D2 verantwortlich sind, sich von den Fanconi-Proteinen D1 und D2 unterscheiden, die eine wichtige Rolle in der Prozessierung von DNA-Schäden spielen.
Es zeigte sich, dass ein Defekt in den Reparatur-Effektor-Proteinen FANCD1 und FANCD2 sich bereits im unbehandelten Zustand stark auf die Replikation auswirkt, gekennzeichnet durch einem signifikant reduzierten Fortschritt der Elongation. Die Proteine des „Core“-Komplexes FANCA und FANCB zeigten dagegen keine Auffälligkeit gegenüber dem Wildtyp. Für FANCD1 und D2 wurde darüber hinaus eine Reduktion des Elongationsfortschritts sowie eine erhöhte Initiationsrate von Replikationsursprüngen beobachtet. Dies lässt die Schlussfolgerung zu, dass FANCD1 und FANCD2 maßgeblich an der Regulation der Replikation beteiligt sind.
Nach Induktion von DNA-Intrastrangvernetzungen mit Mitomycin C sowie Induktion von Doppelstrangbrüchen mit Wasserstoff-Peroxid kam es zu einer erhöhten Initiation von Replikationsursprüngen 2. Ordnung bei den FANCA-, FANCD1- und FANCD2-defizienten Zellen, was auf eine Funktion dieser Gene für die Regulation von Replikationsursprüngen im Rahmen der DNA-Reparatur schließen lässt.
Diese Beobachtungen sind von besonderem medizinischen Interesse, da die Bedeutung einzelner Fanconi-Gene genutzt werden könnte, um eine individualisierte anti-tumorale Therapie beispielweise mit einem PARP1-Inhibitor weiter zu entwickeln.
Kurzfassung auf Englisch: The maintenance of genome stability is the fundamental aim of the cell. This is ensured both by faultless DNA-replication and several DNA repair pathways. The cellular response to DNA-crosslinks occuring during the replication is the activation of the Fanconi Anemia pathway which involves the interaction of the 15 Fanconi anemia genes. The replicative S-phase will be interrupted, further initiation of replication will be suppressed and the repair will be executed by homologous recombination. Mutations in the Fanconi anemia genes are attended by an increased genome instability which becomes manifested in a raised cancer predisposition.
The intention of this work was to investigate how deficiencies in the Fanconi genes A, B, D1 and D2 affect the cellular replication processes. For detailed investigations of replication, initially the elongation and the activation of new replication origins in untreated state were observed. Furthermore, the replication after treatment with Mitomycin C or Hydrogen Peroxide was explored. The special interest was to survey in what way the Fanconi genes A
and B, which act as proteins of the Core-Complex and which are significantly involved in the activation of the DNA-repair pathway by the monoubiquitination of Fanconi D2 differ from the Fanconi genes D1 and D2 which play an important role in the repair process of DNA damage.
It appeared that a deficiency in the repair effector proteins FANCD1 and FANCD2 causes considerable replication impacts already in untreated state, characterized by a sinificant reduced elongation progress. On the contrary, the proteins of the Core-Complex FANCA and FANCB did not show an abnormality compared with the wild type. Additional, both a reduction of the elongation progress and an increased rate of new replication origins was observed in FANCD1 and FANCD2. The conclusion to be drawn from this is the significant involvement of FANCD1 and FANCD2 in regulation processes of DNA replication.
After induction of DNA crosslinks with Mitomycin C and induction of DNA double strand breaks with Hydrogen Peroxide, an increased rate of second-order replication origins was observed in FANCA-, FANCD1- and FANCD2-deficient cells which concludes with the distinguished function of these genes in the regulation of replication origins during DNA repair processes.
These observations are of particular medical interest because the function of the several Fanconi genes could be adjuvant to develop an individulized anti-tumoral therapy with a PARP1-inhibitor.

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