Zelluläre Antwort nach Induktion von DNA-Doppelstrangbrüchen durch bakterielle Genotoxine und Radiomimetika

Dieses Projekt beschäftigt sich mit dem bakteriellen Toxin „Cytolethal distending toxin“ (CDT).Dieses wird von gramnegativen Enterobakterien wie C. jejunum und S. enterica gebildet und ist ein dreiteiliges Holotoxin, welches eine intrinsische DNase I-ähnliche Aktivität besitzt und rekombinant hergestellt werden kann. In einer vorangegangenen Arbeit konnten wir demonstrieren, dass CDT eine potente radiomimetische Wirkung besitzt und zytotoxische, persistierende DNA-Doppelstrangbrüche (DSB) verursacht (Fahrer et al., 2014). Weiterhin zeigten unsere Befunde, dass Zellen mit einem Defekt in der homologen Rekombination (HR) und der Nicht-homologen End-zu-End Verknüpfung (NHEJ) sehr empfindlich gegenüber CDT sind. In laufenden Studien werden die Kinetik und der Mechanismus der Autophagie-Induktion nach DNA-DSB untersucht. Hierzu steht uns neben wildtypischem CDT eine CDT-Mutante zur Verfügung, welche enzymatisch inaktiv ist und keineStrangbrüche induziert. 

Die laufenden Studien zielen darauf ab, die Verknüpfung der PI3K-ähnlichen Proteinkinasen ATM, ATR und DNA-PKcs mit der Autophagie-Initiation zu beleuchten und die Rolle möglicher negativer Regulatoren wie mTOR und AKT besser zu verstehen. Die bisherigen Ergebnisse zeigen, dass Autophagie spezifisch durch die gebildeten DSBs ausgelöst wird, woran dezidierte PI3K-ähnliche Kinasen wie ATM beteiligt sind. Weiterhin konnten wir AKT2 als einen negativen Regulator identifizieren, der die Autophagie-Induktion blockiert und zu einer verstärkten Zelltod-Induktion durch DSBs führt (Seiwert et al., 2017). In einer weiteren Studie konnten wir kürzlich zeigen, dass CDT in CD3/CD28-stimulierten T-Lymphozyten DNA-Strangbrüche und Zelltod auslöst, wohingegen nicht-stimulierte T-Lymphozyten gegenüber der CDT-Wirkung geschützt sind (Heylmann et al., 2018). In zukünftigen Studien sollen die Regulation der DSB-abhängigen Autophagie und anderer Stressantworten auf molekularem Level adressiert und deren Bedeutung für die genomische Stabilität erforscht werden.

Fahrer J, Huelsenbeck J, Jaurich H, Dörsam B, Frisan T, Eich M, Roos WP, Kaina B, Fritz G. (2014) Cytolethal distending toxin (CDT) is a radiomimetic agent and induces persistent DNA double-strand breaks in human fibroblasts. DNA repair, 18:31-43.

Seiwert N, Neitzel C, Stroh S, Frisan T, Audebert M, Toulany M, Kaina B, and Fahrer J. (2017) AKT2 suppresses pro-survival autophagy triggered by DNA double-strand breaks in colorectal cancer cells. Cell Death Dis , 8(8):e3019.

Heylmann D, Badura J, Becker H, Fahrer J, and Kaina B. (2018) Sensitivity of CD3/CD28-stimulated versus non-stimulated lymphocytes to ionizing radiation and genotoxic anticancer drugs: key role of ATM in the differential radiation response. Cell Death Dis, 9(11): 1053.