Die homologe Rekombination (HR)

Die sicherste Methode für den Schluss von DSB ist der Reparaturweg der homologen Rekombination (HR). Der MRN Komplex, der aus MRE11 (meiotic recombination 11), RAD50 (radiation repair gene 50) und NBN (auch NBS1, Nijmegen breakage syndrom 1) besteht, bindet an die betroffene Stelle der DNA. CDK1 (cyclin dependent kinase 1) (Ira , 2004) und wohl auch CtIP (C terminal binding protein1 interacting protein) (Takeda , 2007) bewirken die Entfaltung der 5´ 3´ Exonukleaseaktivität von MRE11.

Dadurch entstehen an der Stelle des DSB nun zwei einzelsträngige Überhänge. Hieran binden RPA Moleküle. Diese binden ATR, welches die Chk1 aktiviert und damit eine Verbindung zur Zellzykluskontrolle herstellen kann. Ob dies tatsächlich für die Signalwege nach DNA Doppelstrangbrüchen relevant ist, ist noch nicht abschließend geklärt (Zou , 2006).

Nun erfolgt der durch die Chk1 beeinflusste Austausch der RPA Moleküle gegen RAD52 und auch RAD51 (Sleeth , 2007). Dieser Prozess ist noch nicht vollständig aufgeklärt. Wie Rodrigue (2006) zeigen konnten, sind auch die RAD51 Paraloge RAD51B D, XRCC2 und XRCC3 an der Homologen Rekombination beteiligt. RAD51 gelangt BRCA2 vermittelt an die DNA Schadensstellen. Es ist direkt an die BRC Repeats von BRCA2 und, vermutlich indirekt über BRCA2 an BRCA1 gebunden (Scully , 1997; Marmorstein , 1998;

Chen , 1999; Yuan , 1999; West, 2003; Davies & Pellegrini, 2007; Forget &

Kowalczykowski, 2010; Liu , 2010).

Das letztendlich entstandene, durch RAD51 und ssDNA charakterisierte Nukleofilament, ist in der Lage, den zur geschädigten Stelle homologen Bereich auf dem Schwesterchromatid zu finden und hieran zu binden. Dadurch entsteht durch die sich kreuzenden Stränge eine sogenannte „Holliday Junction“. Da bei einem DSB zwei Nukleofilamente gebildet werden,

1. EINLEITUNG 16 kann die Bindung des zweiten Filamentes an dem freiwerdenden Strang des Bereichs, an den das erste Filament band, zusätzlich erfolgen. Dadurch entstehen zwei Überkreuzungen, die als doppelte Holliday Junctions bezeichnet werden. DNA Polymerasen verlängern nun die eingewanderten Einzelstränge. Im Fall des einzeln eingewanderten Einzelstranges wird dieser nach erfolgter Synthese durch DNA Helikase wieder gelöst und die fehlenden Basen auf dem Komplementärstrang werden ergänzt. Die doppelten Holliday Junctions werden durch Endonukleasen oder durch Bloom Helikase und die TOP3 Topoisomerase wieder getrennt.

DNA Ligasen verbinden abschließend das DNA Rückgrat (Branzei & Foiani, 2008).

Damit die Reparaturprozesse stattfinden können, muss die Progression des Zellzyklus während der Reparaturzeit verhindert werden. Dies geschieht unter anderem durch ATM („Ataxia teleangiectasia mutated“), welches wie in Kap. 1.8.1 und 1.8.2 dargestellt auch noch für die Propagierung des DNA Schadenssignals sorgt. ATM wird durch den MRN Komplex an die Schadensstelle rekrutiert. Im Ergebnis bewirkt die ATM Autophosphorylierung an NBN (Uziel ., 2003; You ., 2005) durch Vermittlung von Chk2 und CDK einen G2 Block (Branzei & Foiani, 2008).

Defekte im HR Reparaturweg konnten als Ursache für einige Erkrankungen gefunden werden.

Dabei konnte eine Assoziation von Mutationen im * Gen und im /0 Gen mit dem Mammakarzinom gefunden werden (Broberg ., 2009; Wang ., 2009b). Die Werner Helikase ist an der korrekten Bindung des Nukleofilamentes an den homologen DNA Abschnitt beteiligt (Sidorova, 2008). Beide Erkrankungen gehören in die Gruppe der Chromosomenbruchsyndrome. Patienten mit Bloom Syndrom haben Teleangiektasien, Minderwuchs, Schädeldeformitäten, Immundefekte und eine erhöhte Malignomrate. Patienten mit Werner Syndrom fallen durch ihre frühzeitige und schnelle Alterung auf.

Fanconi Anämie ist ein Krankheitsbild, welches sich im Kleinkindalter manifestiert. Die Blutbildung ist durch die Rückbildung des Knochenmarks stark eingeschränkt, so dass die Anzahl intakter Blutkörperchen nicht mehr ausreicht, ihre Aufgaben zu gewährleisten. Die Kinder sind stark infektanfällig und zeigen früh Tumore in Schleimhäuten. Welche Aufgaben die der Fanconi Anämie zu Grunde liegenden 14 Gene wahrnehmen, ist noch nicht abschließend geklärt. 1230(4, 12 )23056BRCA1 interaction partner4 *1230*6partner and localizer of BRCA24 und (7 als Bestandteile des Fanconi Anämie Weges wurden auch als Suszeptibilitätsgene für das Mammakarzinom erkannt (Seal . 2006, Rahman . 2007, Erkko . 2007, Meindl . 2010).

1. EINLEITUNG 17 Da das Gen 30( identisch mit ist, kann hieraus eine Beteiligung bei der HR abgeleitet werden kann. Erst kürzlich wurden Mutationen im Gen (7gefunden, bei deren homozygotem Vorliegen es zur Entwicklung einer Fanconi Anämie ähnlichen Erkrankung kommt (Levy Lahad, 2010; Vaz ., 2010). Bei der Untersuchung von Familien, in denen Mamma und Ovarialkarzinome häufig auftraten, die aber negativ für und waren, fand die Arbeitsgruppe um Meindl, dass Mutationen in (7 mit diesen Tumoren assoziiert waren. Das Mammakarzinomrisiko ließ sich für die Trägerinnen mit 60 % bis 80 % und das Ovarialkarzinomrisiko mit 20 % bis 40 % beziffern (Levy Lahad, 2010; Meindl ., 2010). Allerdings wurden diese Mutationen nicht bei den Patientinnen gefunden, in deren Familien ausschließlich Mammakarzinome auftraten.

Es gibt auch Hinweise auf Beteiligung dieser Gene am NHEJ Reparaturweg, an der Zellzykluskontrolle und an der Wahl des Reparaturweges (McKinnon & Caldecott, 2007).

gehört wie in Kap. 1.4 beschrieben zu den Hochpenetranzgenen für Mamma und Ovarialkarzinome. Es scheint im NHEJ Reparaturweg nach derzeitigem Kenntnisstand keine Rolle zu spielen, ist aber unentbehrlich im HR Reparaturweg zur Bildung der Nukleofilamente aus ssDNA und RAD51 (McKinnon & Caldecott, 2007).

Die Rolle von bei der Reparatur von Doppelstrangbrüchen ist noch nicht eindeutig geklärt. Es ist unbestritten, dass es ein unverzichtbarer Teil des HR Reparaturweges ist (Moynahan et al., 1999), obgleich die molekularen Interaktionen noch nicht lückenlos geklärt sind. Es gibt Hinweise auf eine Beteiligung am NHEJ Reparaturweg, die dessen Zuverlässigkeit erhöht und es ist möglich, dass BRCA1 an der Wahl des Reparaturweges mitwirkt (West, 2003; McKinnon & Caldecott, 2007; Shrivastav ., 2008). Klärende Forschungsergebnisse hierzu bleiben noch abzuwarten.

Mutationen im und Gen führen jedenfalls wie die anderen Chromosomenbruchsyndrome zu genomischer Instabilität und zu erhöhter Malignomrate, darunter zu einem erhöhten Risiko von Mammakarzinomen.

1995 wurde von Savitsky . das mutierte Gen als Ursache für die , auch als Louis Bar Syndrom bezeichnet, beschrieben (Savitsky ., 1995).

Es wird autosomal rezessiv vererbt. AT ist mit 1:100 000 eine seltene Erkrankung. Bei homozygoten AT Trägern kommt es bereits im Kindesalter zu erhöhter Strahlensensibilität, zerebellärer Ataxie und Teleangiektasien. Darüber hinaus ist eine erhöhte Infektanfälligkeit, besonders für pulmonale Infekte, charakteristisch. Die Betroffenen entwickeln häufig

1. EINLEITUNG 18 Leukämien und Hodgkin Lymphome. Das Risiko ein Mammakarzinom zu entwickeln, ist ebenfalls erhöht. Das ist allerdings abhängig von der Mutation und betrifft auch heterozygote Träger (Thompson ., 2005; Tavtigian ., 2009).

Es wurden drei Syndrome beschrieben, die durch Mutationen in Genen des MRN Komplexes entstehen. Die Syndrome sind alle durch erhöhte Strahlensensibilität, Chromosomeninstabilität und gestörte Zellzyklus Kontrolle gekennzeichnet.

1981 beschrieben Weemaes . einen Jungen und seine Familienmitglieder. Der Junge wies Kennzeichen eines Chromosomeninstabilitätssyndroms auf, ohne dass die klinischen Parameter zu den bekannten Syndromen passten. Im Gegensatz zu AT gibt es bei den Betroffenen keine Ataxie und keine Teleangiektasien. Neurologisch ist aber eine Mikrozephalie festzustellen. Die wenigen bisher diagnostizierten Kinder sind wachstumsretardiert und haben eine charakteristische Kopfanatomie. Sie sind immundefizient (Weemaes ., 1981) und es besteht ein wesentlich erhöhtes Risiko für Lymphome (Weemaes ., 1994; Kondratenko ., 2007). Die Erkrankung wurde als Nijmegen Breakage Syndrom bezeichnet und wird autosomal rezessiv vererbt. Sie ist sehr selten und vorwiegend im ost und mitteleuropäischen Raum anzutreffen. Dort wird die Erkrankung durch eine häufige Gründermutation des 00 Gens verursacht (Varon ., 1998).

Heterozygote Träger haben ein erhöhtes Risiko, an einem Malignom, darunter dem Mammakarzinom, zu erkranken (Bogdanova ., 2008; di Masi & Antoccia, 2008;

Wang , 2010).

1999 beschrieben Stewart . zwei Familien, die ähnliche Symptome aufweisen wie diejenigen mit AT, bei denen aber keine so schwer wiegende Immundefizienz vorliegt und kein Verdacht auf ein erhöhtes Malignomsrisiko bestand wie bei den AT Patienten. Für diese Patienten konnten sie nachweisen, dass das Gen mutiert war. Dieses Syndrom wurde als A TLD (Ataxia teleangiectasia like disease) bezeichnet.

Auch das dritte im MRN Komplex beteiligte Protein führte zu der Beschreibung eines neuen Syndroms. Bisher ist allerdings nur eine Patientin bekannt, deren klinische Symptomatik der von NBS gleicht, die aber nie schwere Infektionen hatte und bis zum Alter von 23 Jahren kein Lymphom entwickelte. Das Syndrom wurde als NBS like disorder (NBSLD) bezeichnet und von meiner Kollegin genetisch erforscht. Die beschriebene Patientin ist „compound“

heterozygot für Mutationen im (7 Gen (Waltes ., 2009).

Die Reparaturwege wurden hier getrennt voneinander dargestellt. Betrachtet man alle beteiligten Proteine und die bekannten Verknüpfungen zwischen ihnen, wie es Mahaney

1. EINLEITUNG 19 vorstellen, dann drängt sich die Hypothese auf, dass durch ionisierende Strahlung verursachte Schäden mehrere Reparatursysteme in Gang setzen. Ihre Koordination könnte durch die Mitglieder der PIKK Familie erfolgen (Mahaney ., 2009).