Regulierung repetitiver Sequenzen und Erhaltung des Genoms

DNA-Wiederholungen sind häufig in Heterochromatin eingebettet, um ungewollte Rekombination und Instabilität des Genoms zu verhindern. Allerdings kann bei einer DNA-Schädigung oder einem DNA-Verlust die Rekombination dieser Wiederholungen notwendig werden. Wir haben jüngst gezeigt, dass wiederholte Sequenzen an Subtelomeren metastabile Nukleosomen aufweisen und hyperrekombinogen sind, was die telomere Plastizität und Rekombination fördert (van Emden, Forn et al., 2019). Dies ist eine intrinsische Eigenschaft der zugrundeliegenden DNA-Sequenzen, welcher durch Ccq1, einem Mitglied des konservierten Shelterin-Komplexes, entgegengewirkt wird. Wir testen derzeit, ob diese fragilen DNA-Sequenzen eine aktive Rolle bei der Telomererhaltung unabhängig von der Telomerase spielen.

Die DNA-Reparatur und Rekombination anderer repetitiver Genomabschnitte müssen ebenso kontrolliert werden. Die Gene für ribosomale RNA sind in repetitiven Einheiten organisiert (‚rRNA repeats‘) und an der inneren Zellkernmembran verankert über einen Proteinkomplexes, der als CLIP bekannt ist. Dies verhindert die Freisetzung der rRNA repeats aus dem Nukleolus und deren Rekombination durch die DNA-Reparatur-Maschinerie, welche vom Nukleolus ausgeschlossen ist. Jedoch die Freisetzung wird notwendig, wenn Schäden in den rRNA repeats auftreten. Wir entdeckten in Saccharomyces cerevisiae (Bier- oder Bäckerhefe), dass infolge DNA-Schäden der CLIP Komplex erst phosphoryliert wird, gefolgt von der Modifizierung mit dem Ubiquitin-ähnlichen Protein SUMO. Die SUMOylierung von CLIP dient als Erkennungssignal für die konservierte AAA ATPase Cdc48 (p97 in Säugern), um die rRNA repeats von CLIP zu lösen. Dies ermöglicht deren Freisetzung und Reparatur außerhalb des Nukleolus. Von Bedeutung ist, dass dieser Mechanismus der Cdc49-abhängigen rRNA-Freisetzung, wie wir zeigen konnten, in menschlichen Zellen konserviert ist (Capella et al., Nature comms 2021).