KIP-Veröffentlichungen

DNA-Schädigungen sind eine der größten Bedrohungen für menschliche Zellen. Die Zelle hat die Möglichkeit, die auftretenden Doppelstrangbrüche (DSB) mittels der DNA-Schadensreaktion (DDR) zu reparieren.

Während DSBs, entstehend durch mildere exogene Faktoren, für die Zelle unproblematisch sind, verursacht ionisierende Strahlung schwere Schäden in der DNA. In dieser Arbeit wird zunächst die Auswirkung von Kryokonservierung, Einfrieren und Induktion von ’cold’Iod in Jurkat-Zellen untersucht, indem die MRE11 Cluster um die auftretenden Brüche beobachtet werden. Mit Hilfe der Einzelmolekül-Lokalisierungsmikroskopie (SMLM) können Daten mit einer Auflösung von bis zu 10nm aufgenommen werden.

Die Datenanalyse zeigt, dass das Einfrieren selbst kaum Verzögerung oder strukturelle Veränderung des Zellkerns verursacht, während die Kryokonservierung in Verbindung mit induziertem ”kaltem” Jod den Reparaturprozess deutlich verzögert. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, das die Reparaturantwort im Euchromatin verzögert, verglichen mit Heterochromatin, auftritt.

Da nicht reparierte DSBs zum Zelltod oder zur Tumorbildung führen, ist der DNA Reparaturmechanismus von wesentlicher Bedeutung für die Strahlentherapie bei Krebs. Ziel ist es, die Tumorzellen abzutöten, während die umliegenden gesunden Zellen nur in einem erträglichen Ausmaß geschädigt werden. Eine vergleichende Analyse von Brustkrebszellen MCF-7 und menschlichen Zahnfleischfibroblasten soll ein besseres zeitliches und räumliches Verständnis des Reparaturmechanismus ermöglichen. Daher wurde der Reparaturmechanismus nach gamma-Bestrahlung von 2 Gy durch die Anordnung von gH2AX und 53BP1 überwacht. Bei Krebszellen läuft die Reparatur langsamer an, erst nach einer Stunde werden die vollen Reparaturkapazitäten ausgeschöpft, und dauert länger als fünf Stunden.

Im Gegensatz dazu ist der Reparaturmechanismus in Fibroblasten effizienter und die Reparatur bereits nach 6 Stunden rückläufig. Krebszellen zeigen also eine verzögerte und geringere Reperaturreaktion als Fibroblasten, was auf die Deregulierung der Reparaturproteine in Krebszellen zurückgeführt werden kann.

DNA damage is one of the most severe threats for human cells. Avoiding death or tumor formation, the DNA damage response (DDR) repairs the appearing double-strand-breaks DSBs.

While milder exogenous factors of DSBs are unproblematic for the cell, ionizing radiation causes a longer-term repair process. In the first part of the thesis, MRE11 clusters around DSBs are monitored to evaluate the DDR after cryoconservation, freezing and inducing of alien molecules in Jurkat cells. Using Single Molecule Localisation Microscopy (SMLM), data could be acquired with a resolution down to 10nm. The data analysis, including persitent homology, cluster analysis, shows that freezing itself causes no delay or structural change to the cell nucleus, while cryoconservation, combined with inducing ’cold’ Iodine delays the repair process. Moreover, the repair response in euchromatin is slower than in heterochromatin.

Furthermore, as unrepaired DSBs lead to cell death or tumour formation, the DNA repair mechanism is essential for cancer radiotherapy. The aim is to kill the tumour cells while damaging the surrounding healthy cells only to endurable extent. A comparative analysis of breast cancer cells MCF-7 and human gingival fibroblasts aims to a better temporal and spatial understanding of the repair mechanism. Therefore, the repair mechanism after gamma radiation of 2 Gy was monitored by the arrangement of gH2AX and 53BP1. The repair process in the cancer cells starts slowly and the full repair capacity is only available after one hour and ongoing for over five hours. In contrast, the repair mechanism in fibroblasts is more efficient and so the repair is already declining after 6 hours. Cancer cells therefore show a delayed and reduced response compared to fibroblasts, which can be attributed to the deregulation of the repair proteins in cancer cells.