Regulation der Genomstabilität durch SUMO- und Ubiquitin-Modifikation von PCNA

Eine akkurate DNA-Replikation ist notwendig, um die Stabilität der
genetischen Information zu gewährleisten. Dieser Prozess wird durch
DNA-Läsionen erschwert, die durch eine Vielzahl von Ursachen
entstehen und häufig nicht vor dem Erreichen der S-Phase repariert
werden können. Nicht nur kann durch Läsionen geschädigte DNA häufig
nicht dupliziert werden, angehaltene Replikationsgabeln können auch
zusammenbrechen und so zu DNA-Strangbrüchen führen. Die Funktion
des RAD6-pathways liegt darin, die Umgehung (Bypass) von
DNA-Läsionen während der Replikation zu ermöglichen, wodurch eine
Toleranz gegenüber Schädigungen der DNA erreicht wird. In dieser
Arbeit wurde die Regulation des RAD6-vermittelten Bypass von
DNA-Läsionen durch posttranslationale Ubiquitin- und
SUMO-Modifikationen des Replikationsfaktors PCNA untersucht. PCNA
bildet einen trimeren Ring um die DNA und verstärkt durch Bindung
der replikativen Polymerase deren Assoziation zur DNA und somit die
Prozessivität der Replikation. Als DNA gebundener Faktor des
Replikations-komplexes ohne katalytische Aktivität ist PCNA ideal
geeignet, um durch seine Modifikation Replikations-assoziierte
Prozesse zu regulieren. Die Ubiquitinierung von PCNA durch Enzyme
des RAD6-pathways erfolgt als spezifische Antwort auf DNA-Läsionen
während der Replikation und ermöglicht deren Bypass. Dabei bewirken
unterschiedliche Ubiquitin-Modifikationen verschiedene Arten des
Bypass. Die Mono-Ubiquitin-Modifikation führt zum Einsatz von
speziellen Transläsions-Polymerasen, die eine größere Toleranz für
geschädigte DNA haben, aber auch für die Entstehung von Mutationen
verantwortlich sind. Einen mechanistisch anderen Bypass von
DNA-Schäden bewirkt die Modifikation von PCNA mit einer Lysin
K63-verknüpften Multi-Ubiquitinkette. Für diesen wird
wahrscheinlich der neureplizierte, unbeschädigte Schwester-Strang
als Vorlage benutzt. Unabhängig von Schädigungen der DNA wird PCNA
während der S-Phase zusätzlich mit dem ubiquitin-ähnlichen Protein
SUMO modifiziert. Dies führt zu einer Interaktion mit der Helikase
Srs2, die als Antagonist zu dem zentralen Rekombinationsprotein
Rad51 wirkt. Dadurch wird spezfisch die homologe Rekombination
zwischen Schwesterchromatiden an der Rekombinationsgabel inhibiert,
nicht jedoch andere Rekombinationsereignisse, wie. z.B.
Rekom-bination zwischen homologen Chromosomen. Deshalb ist es
wahrscheinlich, dass spezifisch die Replikationsgabel durch
PCNA-SUMO-Srs2 geschützt wird, um schädliche Rekombination oder
Rekombinationsstrukturen zu vermeiden, die mit
Replikations-assoziierten Prozessen interferieren. Ubiquitin- und
SUMO-Modifikation regulieren demnach unabhängige Prozesse.
Interessanterweise haben diese aber eine verwandte Funktion im
Bypass von DNA-Läsionen während der Replikation. Die Inhibition der
Schwesterchromatid-Rekombination durch PCNA-SUMO-Srs2 lenkt den
Bypass von DNA-Läsionen in einen durch PCNA-Ubiquitinierung
gesteuerten Mechanismus.