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Guido Plotz

• Die Mismatch-Reparatur (MMR) ist ein hochkonserviertes Kontroll- und Korrektursystem für die Erbinformation. Ihre Hauptaufgabe liegt in der Behebung von Kopierfehlern unmittelbar nach der Replikation (postreplikative Reparatur). Mutationen in Genen der Mismatch-Reparatur (vor allem in hMLH1 und hMSH2) führen beim Menschen zum "Erblichen nicht-polypösen kolorektalen Karzinom", HNPCC (Hereditary non-polyposis colorectal cancer). Diese Erbkrankheit geht mit einem gesteigerten Risiko einher, an verschiedenen Karzinomen, vor allem des Kolons, zu erkranken. Obwohl zumindest in Escherichia coli alle an der Mismatch-Reparatur beteiligten Proteine bekannt sind, ist ihr biochemischer Mechanismus nach wie vor ungeklärt. Es existieren drei verschiedene Modellvorstellungen zum Reparaturablauf: das Translocation model, das Sliding clamp model und das DNA bending model. Um einer Klärung des Reparaturmechanismus näherzukommen, sollten in dieser Arbeit die Bindungen der humanen Mismatch-Reparaturproteine an DNA und ihre Interaktionen untereinander näher untersucht werden. Im Zentrum stand dabei die Interaktion der heterodimeren ATPase hMutSa (hMSH2-hMSH6) mit den ebenfalls heterodimeren ATPasen hMutLa (hMLH1-hPMS2) und hMutLß (hMLH1-hPMS1). Die Hauptfunktion von hMutSa ist bekannt: das Dimer ist in der Lage, DNA-Paarungsfehler zu erkennen und an sie zu binden. Die Funktion von hMutLa liegt wahrscheinlich in der Weiterleitung des Signals "Fehler erkannt" von hMutSa an die Reparaturmaschinerie. Somit kommt der Interaktion von hMutSa mit hMutLa eine wesentliche Bedeutung in der Initiation der Reparatur zu. Die Funktion von hMutLß ist noch unbekannt. Zur Analyse der hMutSa-hMutL-Interaktion wurde eine neue Methodik entwickelt, bei der DNA-Substrate an magnetische Partikel gebunden, diese mit Proteinlösungen inkubiert und die gebundenen Proteine anschließend mit Salzlösungen eluiert wurden. Hierdurch konnten die Bindungsstärken anhand der Salzresistenz differenziert werden und die Bindungsreaktionen nach ATP-Zugabe bei verschiedenen DNA-Substraten verfolgt werden. Es konnte gezeigt werden, daß hMutSa zwar nicht quantitativ mehr, aber fester an DNA-Paarungsfehler band als an fehlerfreie DNA-Oligoduplices. Die Bindung reagierte empfindlich auf die Zugabe von ATP: auf Homoduplex-DNA bewirkte ATP unter geeigneten Bedingungen einen vollständigen Bindungsverlust von hMutSa, während es an Heteroduplex-DNA auch in Gegenwart des Nukleotidtriphosphates gebunden blieb. Eine weitere Wirkung von ATP bestand darin, daß hMutSa hMutLa und hMutLß rekrutierte. Dies geschah allerdings nur, wenn ausreichend lange DNA-Substrate (>= 81 Basenpaare) verwendet wurden. Für hMutLa konnte außerdem eine eigene DNA-Bindungsfähigkeit, und zwar vorzugsweise an Einzelstrang-DNA, nachgewiesen werden. Beide Ergebnisse zusammen genommen legen nahe, daß hMutSa und hMutLa nur interagieren können, wenn beide gleichzeitig an DNA gebunden sind. Obwohl nach bisherigen Erkenntnissen hMutLa, aber nicht hMutLß die Mismatch-Reparatur unterstützen kann, interagierte hMutLß ebensogut mit hMutSa. Dies läßt im Zusammenhang mit weiteren Ergebnissen vermuten, daß hMutLß eine modulierende Funktion in der MMR besitzen könnte. Alternativ könnte die hMutSa-hMutLß-Interaktion bei noch nicht charakterisierten anderen Prozessen von Bedeutung sein. Die weitere Untersuchung der Interaktion ergab, daß diese wahrscheinlich nicht von der ATP-Hydrolyse abhängt, sondern allein durch die Bindung des Nukleotidtriphosphates zustande kommt. Darüber hinaus spielen die ATPasen von hMutLa keine Rolle bei der Interaktion, da das Protein auch dann noch die Bindung einging, wenn seine Nukleotidbindungsstellen gezielt mutiert worden waren. Die Untersuchung zeigte außerdem, daß nur die hMutL-Untereinheiten hMLH1 und (in geringem Ausmaß) hPMS1 ATP-abhängig mit hMutSa interagierten, während hPMS2 alleine keine Bindung zeigte. Die sich daran anschließende Untersuchung von Fragmenten des hMLH1-Proteins erlaubte die Eingrenzung der Interaktionszone. hMutLa kontaktiert hMutSa demzufolge mit einem Proteinbereich, der innerhalb des N-Terminus von hMLH1 liegt. Zusammenfassend wird aufgrund der vorliegenden Ergebnisse für das DNA bending model der Mismatch-Reparatur plädiert. Dessen Reparaturablauf wird abschließend unter Berücksichtigung der vorliegenden Daten geschildert. In einem separaten Kapitel der Arbeit wird über die Identifizierung und Charakterisierung einer neuen Spleißmutation des humanen PTEN-Gens berichtet. Diese Mutation wurde bei einer Patientin mit dem Cowden-Syndrom, einem weiteren erblichen Krebssyndrom, nachgewiesen.