Sonnenschutz für Zellen

Neue Erkenntnisse über den molekularen Mechanismus, der UV-Schäden des Erbguts repariert, liefern Wissenschaftler um Prof. Dr. Caroline Kisker vom Rudolf-Virchow-Zentrum/DFG-Forschungszentrum der Universität Würzburg und der Universitäten Stony Brook University und dem National Institute of Health (USA).

Die Forschungen eröffnen neue Ansätze für die Therapie seltener chronischer Hauterkrankungen und die Prävention von UV-Schäden und damit Hautkrebs. Ihre Ergebnisse beschreiben sie jetzt in der Online-Fachzeitschrift „PLoS Biology“.

Sommerzeit – Sonnenzeit: Während es die meisten gerade jede freie Minute nach draußen in die Sonne zieht, sitzen wenige in abgedunkelten Räumen und meiden jeden Sonnenstrahl.

Grund ist eine seltene Hautkrankheit, Xeroderma pigmentosum, unter der rund 50 Menschen in Deutschland leiden und die gehäuft bei Kindern auftritt. Weil die Betroffenen Sonnenlicht meiden müssen und in der Mehrheit Kinder sind, werden sie umgangssprachlich als Mondscheinkinder bezeichnet. UV-Strahlen der Sonne lösen bei Mondscheinkindern Entzündungen auf der Haut aus, später entstehen warzenähnliche Gebilde, die sich zu gefährlichen Hautkrebsformen entwickeln können. Das Hautkrebsrisiko ist gegenüber gesunden Menschen 2000fach erhöht.

Die Ursache der seltenen Krankheit ist ein Gendefekt im körpereigenen DNA-Reparatursystem. Das sorgt beim gesunden Menschen dafür, dass durch UV-Strahlen hervorgerufene Schädigungen der Erbsubstanz wieder repariert werden. Jede Hautzelle verfügt über ein solches Reparatursystem, das beim Menschen aus 30 Proteinen besteht. Fällt das System aus, so können Schädigungen langfristig zu Hautkrebs führen. Auch beim gesunden Menschen kann das passieren – ein intensives Sonnenbad mit Sonnenbrand überfordert das System, Schädigungen können nicht mehr repariert werden.

Forscher erproben derzeitig Cremes, die Reparatursysteme aus Bakterien enthalten und stellvertretend Schädigungen beim Patienten reparieren oder als Schutz in Sonnencremes angewendet werden können. Erkrankungen wie Xeroderma pigmentosum können heute allerdings noch nicht geheilt werden. Deshalb untersuchen die Forscher um Caroline Kisker, wie die einzelnen Proteine des Reparatursystems arbeiten. Da das menschliche System viel komplizierter ist, analysieren sie das verwandte Reparatursystem des Bakteriums Thermoplasma acidophilum.

Um den molekularen Mechanismus zu untersuchen, erstellten die Forscher erstmalig Proteinkristalle des so genannten XPD-Proteins, das zum Reparatursystem gehört. Es entwindet die DNA und ist für die Erkennung und Identifizierung von UV-Schäden an der DNA außerordentlich wichtig. Wie XPD arbeitet, war bisher nicht klar. Mithilfe der Röntgenstrukturanalyse konnten die Forscher aus den Kristallen nun ein Modell entwickeln, wie XPD die DNA bindet und repariert. Hat man ein solches Modell, so kann man mittels Computerprogrammen untersuchen, welche Auswirkungen Gendefekte auf die Funktion des Reparatursystems haben. Die Forscher simulierten verschiedene Gendefekte, die alle zur Mondscheinkrankheit führen. Darüber hinaus analysierten sie auch die Auswirkung von Defekten, die zu verwandten Krankheiten, dem Cockayne Syndrom und zu Trichothiodystrophy, führen.

Für alle drei Krankheiten fanden sie verschiedene Mechanismen, die allesamt dazu führen, dass das wichtige XPD-Protein nicht mehr richtig oder gar nicht mehr funktioniert. Entweder erkennt das Protein die Schäden nicht mehr, oder kann sie nicht identifizieren. Die Folge: Das System wird gleich zu Beginn blockiert, die Reparatur kann damit nicht durchgeführt werden. Kenntnisse über den genauen Mechanismus können nun neue Ansätze für die Therapie von Hauterkrankungen liefern.

„Crystal structure of the FeS cluster containing nucleotide excision repair helicase XPD“, Stefanie C. Wolski, Jochen Kuper, Petra Hänzelmann, James J. Truglio, Deborah L. Croteau, Bennett Van Houten and Caroline Kisker. Plos, published online june 23, 2008.

Kontakt:

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Email: caroline.kisker@virchow.uni-wuerzburg.de
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