20.05.2020, 14:00 Uhr
Durchführung per Videokonferenz
(Corona-Situation)

Titel: „Nucleosome-depleted heterochromatin serves as the major reservoir of backup origins of replication upon replicative stress caused by Mcm protein depletion“

Kurzfassung:
Die akkurate Duplikation von großen eukaryotischen Genomen wird durch die Erkennung und koordinierte Aktivierung mehrerer tausend Replikationsursprünge (ori) ermöglicht. Dieser Prozess erfolgt über eine zweistufige Reaktionskaskade welche mit der Erkennung des oris durch den Origin Recognition Complex (ORC) und der darauffolgenden Bindung des Minichromosome Maintenance Komplexes (MCM), der replikativen Helicase, beginnt (auch Lizenzierung des Ursprungs genannt) und mit der Aktivierung dieser Helicase durch Kinasen endet (auch Feuern des Ursprungs genannt). Dabei werden weitaus mehr Replikationsursprünge lizensiert als tatsächlich in der S-Phase aktiviert werden. Dieser Überschuss an lizensierten oris dient dabei einer simplen Strategie: die Gewährleistung der rechtzeitigen Replikation des Genoms, durch Aktivierung von ungenutzten oris in Fällen des Versagens aktiver Replikationsgabeln. Ein Ausfall dieses Systems kann zu chromosomalen Schäden und Tumorgenese führen. Trotz der Bedeutung dieses Vorgangs für die Stabilität des Genoms und des zunehmenden Wissens um die molekularen Marker eukaryotischer oris während der ungestörten Replikation des Genoms wissen wir immer noch wenig über jene Faktoren welche für die Auswahl von bestimmten oris während replikativem Stress verantwortlich sind. Aufgrund der Involvierung in beinahe allen wichtigen Reaktionen der Replikationsinitialisierung und der Zugänglichmachung der DNA-Sequenz für die DNAPolymerase spielt der MCM-Komplex eine zentrale Rolle bei der DNA-Replikation. Jedoch führt eine drastische Reduktion der MCM Konzentration in der Zelle, aufgrund des großen Überschusses an MCM, zu keinen schweren Defekten in Replikation und Zellproliferation. Trotz der allgemeinen Bekanntheit dieses Phänomens sind die molekularen Prozesse, die dafür Sorge tragen weitgehend unbekannt. In dieser Arbeit verwenden wir eine Kombination aus short nascent strand sequencing (SNS-seq) und Hi-C Datenanalyse um die genaue Position von aktiven oris in Wildtyp und Mcm6-defizilen CH12-Zellen, in Hinblick auf die 3D-Struktur des Genoms, zu erfassen. Dadurch konnten wir zeigen, dass die Einschränkung der Verfügbarkeit des MCM-Komplexes zu einer Umverteilung der aktiven oris von transkribierten Regionen in Euchromatin zu nukleosomearmen Regionen in Heterochromatin führt, was durch die Analyse eines ähnlichen Datensatzes von mouse embryonic fibroblast Zellen bestätigt werden konnte. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Konzentration des MCM-Komplexes in der Zelle essenziell für den Wettstreit um Bindung an die DNA in aktiv transkribierten Bereichen des Genoms ist und eine Reduktion dieser zu einem Ausweichen der Replikationsmaschinerie auf Regionen mit geringerem Konkurrenzdruck zur Folge hat. Des Weiteren unterstreicht der, durch die Umverteilung der ori-Aktivität, hervorgerufene Verlust des zeitlichen Ablaufs der Replikation auch die Rolle des MCM-Komplexes bei der Aufrechterhaltung der zugrunde liegenden Prozesse.