Neuartige molekulare Ansätze zur Unterdrückung der Translokationsbildung durch Weltraumstrahlung und Entwicklung von Sequenzierungsmethoden für deren Nachweis

Abstract

Das primäre Ziel des Projekts war es, die biologischen Konsequenzen von hoch-LET ionisierender Strahlung zu untersuchen, um unser Verständnis der Risiken durch Weltraumstrahlung zu erweitern und zur Entwicklung effektiver Gegenmaßnahmen beizutragen. Angesichts des erhöhten krebserzeugenden Potenzials von Weltraumstrahlung definierte diese Studie spezifische potentielle Strategien zur Minderung von strahlungsinduzierten chromosomalen Translokationen in menschlichen Zellen, was als Proxy für die Reduktion des Krebsrisikos dient. Wir stellten die Hypothese auf, dass der alternative Endverknüpfung Weg eine zentrale Rolle bei der Verarbeitung von Doppelstrangbrüchen (DSBs), die durch hoch-LET Strahlung induziert werden, spielt und dass die Hemmung von Schlüsselfaktoren dieses fehleranfälligen Reparaturmechanismus, nämlich PARP1 und POL theta (POLQ), eine effektive Strategie zur Suppression der Karzinogenese darstellen könnte. Um diese Hypothese zu testen, erzeugten wir eine PARP1-Knockout-Humanzelllinie, um die Rolle von PARP1 bei der strahlungsinduzierten DSB-Reparatur zu analysieren. Zudem nutzten wir die bereits erzeugten POL theta-defizienten Zellen. Unsere Ergebnisse zeigten, dass der Knockout von sowohl POLQ als auch PARP1 die Radiosensitivität nach Exposition gegenüber sowohl niedrigen als auch hohen LET IR erheblich verstärkte. Darüber hinaus war eine entscheidende Beobachtung unserer Studie der signifikante Anstieg von chromosomalen Translokationen nach der Ablation von POLQ und PARP1. Zusätzlich untersuchten wir ausführlich die biologischen Auswirkungen der Depletion von PARP1 und POLQ in Zellen, die niedriger LET IR ausgesetzt wurden, und bewerteten weiter deren Potenzial zur Modulation der DSB-Reparatur, was zu neuen Erkenntnissen über Mechanismen führte, die für die Entwicklung von Gegenmaßnahmen genutzt werden könnten. Abschließend etablierten wir eine Reihe von Subklonen aus den parentalen A549-Zellen sowie aus PARP1- und POLQ-Knockout-Zellen nach Exposition gegenüber verschiedenen Dosen von hoch-LET Strahlung. Parallel dazu wurden die Zelllinien vor dem Subklonieren mit spezifischen Inhibitoren behandelt, die Schlüsselfaktoren der DNA-Schadenantwort (DDR) und der klassischen nicht-homologen Endverknüpfung (c-NHEJ) hemmen. Darüber hinaus verbesserten wir für weiteren Studien sowohl die Software- als auch die Hardware-Ausstattung, die für die umfassende Analyse von strukturellen genomischen Veränderungen nach Nanopore-Sequenzierung erforderlich sind.