Funktion von Ankle1 in der Genomorganisation von Lymphozyten

"Ankyrin and LEM-domain containing 1" (Ankle1) ist ein neues, bisher nicht charakterisiertes Mitglied der LEM- Protein Familie. Diese Proteine sind durch eine sogenannte LEM Domäne charakerisiert, ein konserviertes, etwa 40 Aminosäuren langes Strukturmotiv, das durch Bindung des DNA-assoziierten Proteins BAF, die Interaktion mit Chromatin vermittelt. Wichtige bekannte Funktionen der LEM-Proteine sind die Aufrechterhaltung der strukturellen Architektur des Zellkerns, die Organisation des Chromatins und die Regulation der Genexpression. Mutationen in LEM-Proteinen können vererbbare Krankheiten im Menschen auslösen. Duch Proteinsequenzvergleiche haben wir das bisher unbekannte LEM Protein Ankle1 im menschlichen Genom gefunden. Wir haben gezeigt, dass Ankle1 in vielzelligen Organismen hoch konserviert ist. Unsere vorläufigen Ergebnisse, sowie Studien unserer Kollaborationspartner lassen vermuten, dass Ankle1 eine bisher unbekannte Nuklease sein könnte, die am Prozess der DNA Reparatur und, in Säugetieren, bei der Genomreorganisation in der B-Zellentwicklung beteiligt ist. Ziel unseres Vorhabens ist es, diese für LEM Proteine unerwartete und spannende neue Funktion von Ankle1 in B-Zellen zu untersuchen. Wir werden die Endonuklease Aktivität von Ankle1 und deren Substratspezifität biochemisch analysieren, Bindungspartner durch eine massenspektroskopische Proteomanalyse von isolierten Ankle1 Komplexen identifizieren, und ihre Rolle bei der Regulation von Ankle1 studieren. Um die physiologische Funktion von Ankle1 in der B-Zellentwicklung zu untersuchen, werden wir ein Mausmodell, in dem Ankle1 fehlt, herstellen. Wir werden Ankle1-defiziente B-Zellen in verschiedenen Entwicklungsstufen isolieren und mögliche Defekte bei der Bildung von Immunglobulinen (z,B, durch Störung der Rekombination oder Hypermutation) untersuchen. Wir erwarten, dass unsere Studien detaillierte Erkenntnisse über die biochemischen und funktionellen Eigenschaften des neuen LEM-Proteins Ankle1 liefern werden. Abgesehen von dem grundlagenwissenschaftlichen Aspekt der Erweiterung des Wissens über LEM-Proteine, wird dieses Projekt neue Erkenntnisse in Prozessen der genomischen Umorganisation bei der Reifung von Immunzellen und der DNA Reparatur liefern, die für die Immunabwehr und die Krebsbekämpfung essentiell sind.

In dieser Studie haben wir ein neues humanes Protein gefunden und biochemisch charakterisiert, das zur Reparatur von Schäden in der menschlichen DNA beiträgt. Ein genaues Verständnis solcher Reparaturmechanismen auf molekularer Ebene ist hochrelevant in der Medizin, da Defekte in solchen Mechanismen oft die Krebsentstehung fördern. Die gesamte menschliche DNA, das Genom, das den Bauplan für die Zellen und den gesamten Organismus kodiert, ist in Form von sogenannten Chromatinfasern im Zellkern organisiert und muss für die gesamte Lebensdauer der Zelle stabil und intakt erhalten bleiben und fehlerlos an Tochterzellen weitergegen werden. Nur in einigen wenigen Zelltypen des Körpers, wie den Antikörper-produzierenden Immunzellen und in den Keimzellen (Samenzelle und Eizellen) kommt es im Laufe ihrer Entwicklung und Reifung zu kontrollierten Veränderungen in Teilen des Genoms. Neben diesen gewollten genetischen Veränderungen in einigen Zelltypen kommt es aber in allen Zellen des Organismus zu zufälligen Schädigungen der DNA durch externe Einflüsse (Chemikalien, UV Strahlung) und zellinterne Sauerstoffradikale. Diese ungewollten Veränderungen können zu Krankheiten führen und müssen deshalb effizient repariert werden. Der Zellkern enthält viele Reparaturproteine, die bei den gewollten und ungewollten schädlichen Genomveränderungen aktiviert werden müssen, aber viele dieser Faktoren sind noch unbekannt oder ihre spezifische Funktion ist noch unklar. In unserem Projekt haben wir eine Gruppe von Chromatin-assoziierten Proteinen untersucht und dabei ein bisher unbekanntes Protein mit der Bezeichnung Ankyrin Repeat und LEM domain containing protein (ANKLE1) gefunden, das auch Merkmale von DNA Reparatur Proteinen aufwies. Im Laufe einer genauen biochemischen Charakterisierung dieses Proteins haben wir herausgefunden, dass Ankle1 vorwiegend in Immunzellen vorhanden ist. In einem transgenen Mausmodell, in dem dieses Protein komplett fehlt, haben wir gezeigt, dass Ankle1 nicht, wie erwartet, für die genetische Veränderung von Immunzellen benötigt wird, sondern wahrscheinlich bei der Reparatur von ungewollten DNA Schäden eine Rolle spielt. Unsere Erkenntnisse stimmen mit einer neuen medizinischen Studie überein, die gezeigt hat, dass Frauen, die ein leicht verändertes Ankle1 besitzen, ein höheres Risiko haben an Brust und Eierstockkrebs zu erkranken. Solche Komponenten, die nicht selbst Krebs auslösen, sondern das Risiko der Krebsentstehung durch bekannte Krebs-verursachende Gene erhöhen, nennt man Modifier Gene, aber ihr Mechanismus ist meist noch unbekannt. Unsere Ergebnisse über die biochemischen Eigenschaften von Ankle1 liefern daher wertvolle Daten zur weiteren Analyse des Proteins in Krebspatienten und zur möglichen Verwendung bei der Diagnose der Erkrankung und der Prognose des Krankheitsverlauf und des Erfolgs von Therapieansätzen.