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@PHDTHESIS{Barent:228186,
      author       = {Barent, Carina},
      title        = {{R}elevanz der {U}biquitinierung für die
                      {R}esektionsregulation in {G}1-{P}hase-{Z}ellen an
                      schwerioneninduzierten {DNA}-{D}oppelstrangbrüchen},
      school       = {Technische Universität Darmstadt},
      type         = {Dissertation},
      address      = {Darmstadt},
      reportid     = {GSI-2020-00913},
      pages        = {159 p.},
      year         = {2020},
      note         = {Dissertation, Technische Universität Darmstadt, 2020},
      abstract     = {Infolge endogener und exogener Einflüsse kommt es jeden
                      Tag zu Schäden an der DNA, dem Träger der gesamten
                      genetischen Information. Der DNA-Doppelstrangbruch (DSB)
                      gilt hierbei als schwerwiegendster DNA-Schaden,
                      infolgedessen von der Zelle Signalkaskaden eingeleitet
                      werden, um die entstandenen Schäden über verschiedene
                      Reparaturmechanismen zu beheben. Ein wichtiger Mechanismus
                      zur Regulation der DNA-Schadensantwort (DNA damage response
                      = DDR) ist die posttranslationale Modifikation (PTM) von
                      Proteinen durch Ubiquitinierung. Neben den beiden
                      Haupt-DSB-Reparaturmechanismen, der spezifisch für S/G2
                      resektionsabhängigen Homologen Rekombination (HR) und der
                      stetig verfügbaren klassischen Variante der Nicht-homologen
                      Endverknüpfung (classical non-homologous end joining =
                      c-NHEJ), besitzt die Zelle zudem die Möglichkeit DSBs
                      während des gesamten Zellzyklus resektionsabhängig über
                      alternative Wege der Endverknüpfung (alt-EJ) oder den
                      resektionsabhängigen Weg des c-NHEJ zu reparieren. Während
                      sich die HR einer homologen Matrize als Vorlage zur
                      Reparatur bedient und daher fehlerfrei vonstattengeht, kommt
                      es sowohl beim klassischen NHEJ (c-NHEJ) als auch bei
                      alternativen Wegen der Endverknüpfung (alt-EJ) häufig zu
                      kleineren Insertionen oder Deletionen, wodurch die
                      Wahrscheinlichkeit für chromosomale Aberrationen deutlich
                      erhöht ist. Die Wahl des Reparaturwegs wird durch den
                      Schritt der DNA-End-Prozessierung durch Resektion
                      entscheidend beeiflusst. Veröffentlichungen zeigten, dass
                      mit steigendem linearen Energietransfer (linear energy
                      transfer = LET) und damit steigender
                      DNA-Schadenskomplexität die DSB-Reparatur nicht nur in
                      S/G2, sondern auch in G1 vermehrt resektionsabhängig
                      verläuft. Daher war das Ziel der vorliegenden Arbeit die
                      Regulation der DNA-End-Resektion in G1-Phase-Zellen nach
                      Induktion komplexer DSBs genauer zu untersuchen. Da
                      veröffentlichte Studien belegten, dass für die DDR und
                      auch Resektion essentielle Proteine in der S/G2-Phase durch
                      Ubiquitinierung reguliert werden, wurde bei den
                      durchgeführten Untersuchungen ein besonderes Augenmerk auf
                      die posttranslationale Modifikation durch Ubiquitinierung
                      als möglichen Resektionsregulator gelegt. Die Relevanz
                      dieser Form der Modifikation für die DDR nach Induktion von
                      DNA-Schäden durch Bestrahlung bestätigten
                      Ubiquitin-Pulldown-Analysen, in denen deutlich zu erkennen
                      war, dass nach Bestrahlung mit Röntgen und vor allem
                      hoch-LET Eisenionenbestrahlung Proteine vermehrt
                      ubiquitiniert wurden. Für S/G2 war bekannt, dass die E3
                      Ubiquitin-Ligase RNF138 Resektion fördert, indem einerseits
                      der Resektionsantagonist Ku80 infolge dessen Ubiquitinierung
                      durch RNF138 vom Schaden entfernt und exzessivere Resektion
                      ermöglicht wurde. Andererseits wurde beschrieben, dass die
                      Rekrutierung des Resektionsfaktor CtIP durch dessen
                      Ubiquitinierung ebenfalls durch RNF138 erleichtert wird.
                      Eine siRNA-basierte Herunterregulation sowie der komplette
                      Knockout der Ubiquitin-Ligase RNF138 demonstrierte die
                      Wichtigkeit von RNF138 für die Resektion in beiden
                      Zellzyklusphasen, G1 und S/G2, da die Anzahl an Resektions-
                      (RPA-) positiven Zellen nach Induktion komplexer Schäden in
                      RNF138-depletierten Zellen deutlich verringert war.
                      Untersuchungen zum RNF138-Zielprotein Ku80 offenbarten, dass
                      der Resektionsantagonist Ku80 nach Induktion komplexer DSBs
                      ungeachtet der Verfügbarkeit von RNF138 und der
                      Zellzyklusphase von der Schadensstelle entfernt wird.
                      Resektions- und Ubiquitin-Pulldown-Analysen in
                      RNF8-depletierten Zellen deuteten in diesem Zusammenhang
                      vielmehr auf eine Beteiligung von RNF8 bei der
                      Resektionsregulation in G1 durch Ubiquitinierung von Ku80
                      hin. Studien zum RNF138-Target CtIP zeigten nach Induktion
                      komplexer Schäden durch Ionen- sowie Laserbestrahlung eine
                      deutlich verringerte Rekrutierung des Resektionsfaktors an
                      DSBs nicht nur in RNF138-depeltierten S/G2-, sondern auch in
                      G1-Phase-Zellen. Zudem war mittels
                      Ubiquitin-Pulldown-Analysen in RNF138-KO-Zellen kein CtIP in
                      seiner ubiquitinieten Form nachzuweisen. Dies belegte, dass
                      CtIP auch in G1-Phase-Zellen ein Zielprotein von RNF138 ist.
                      Somit spielt die posttranslationale Modifikation durch
                      Ubiquitinierung auch bei der Regulation der Resektion in
                      G1-Zellen eine wichtige Rolle. Abschließende DSB-Reparatur-
                      sowie Zellüberlebensstudien belegten eine Relevanz der E3
                      Ubiquitin-Ligase RNF138 für die DSB-Reparatur und das
                      klonogene Zellüberleben nach niedrig-energetischer hoch-LET
                      Kohlenstoffionenbestrahlung (Primärenergie 11,4 MeV/u; LET:
                      168 keV/µm). Der Vergleich von DSB-Reparaturanalysen durch
                      Bestrahlung mit anderen Strahlenqualitäten induzierter DSBs
                      stellte eine Bedeutung von RNF138 für die DSB-Reparatur
                      sowie das klonogene Zellüberleben mit steigender
                      Komplexität der induzierten Schäden heraus.
                      Zusammenfassend kann demnach festgehalten werden, dass die
                      Ubiquitin-Ligase RNF138 für die Ubiquitinierung des
                      Resektionsfaktors CtIP auch in G1 nach Induktion komplexer
                      Schäden wichtig ist, dass sich Auswirkungen einer
                      RNF138-Defizienz auf die DSB-Reparatur und das klonogene
                      Zellüberleben jedoch erst nach Induktion sehr komplexer
                      Schäden wie durch Kohlenstoffionenbestrahlung
                      (Primärenergie: 11,4 MeV/u; LET: 168 keV/µm) erkennen
                      lassen. Wissend, dass ioneninduzierte, komplexe DSBs
                      unabhängig von der Zellzyklusphase vermehrt
                      resektionsabhängig repariert werden und die
                      Ubiquitin-Ligase RNF138 in beiden Zellzyklusphasen für die
                      DNA-End-Resektion in seiner Funktion CtIP zu ubiquitinieren
                      von entscheidender Bedeutung ist, könnte die Inhibition der
                      Ubiquitin-Ligase ein aussichtsreicher Ansatzpunkt für die
                      Radiotumortherpaie mit Schwerionen darstellen. Während
                      durch Bestrahlung mit Schwerionen im Bereich des
                      Normalgewebes wenig Dosis freigesetzt und Schäden geringer
                      Komplexität hervorgerufen werden, wird der Hauptteil der
                      Dosis im sog. Bragg-Peak im Zielgewebe, dem Tumor,
                      appliziert. Folglich entstehen im Tumorgewebe komplexe
                      Schäden an der DNA, die im Gegensatz zu den weniger
                      komplexen Schäden im umliegenden Normalgewebe
                      resektionsabhängig über CtIP repariert werden müssen, was
                      wiederum die Verfügbarkeit der Ubiquitin-Ligase RNF138
                      erfordert. Die RNF138-Inhibition könnte somit gezielt das
                      Überleben der Tumorzellen negativ beeinflussen und als
                      Inhibitor des Ubiquitin-Proteasom-Systems in der
                      Tumortherapie in Kombination mit Schwerionenbestrahlung
                      Anwendung finden.},
      cin          = {BIO},
      cid          = {I:(DE-Ds200)BIO-20160831OR354},
      pnm          = {315 - Imaging and radiooncology (POF3-315) / FAIR Phase-0 -
                      FAIR Phase-0 Research Program (GSI-FAIR-Phase-0)},
      pid          = {G:(DE-HGF)POF3-315 / G:(Ds200)GSI-FAIR-Phase-0},
      experiment   = {$EXP:(DE-Ds200)SBio_HTM-20200803$},
      typ          = {PUB:(DE-HGF)11},
      urn          = {urn:nbn:de:tuda-tuprints-114392},
      doi          = {10.25534/TUPRINTS-00011439},
      url          = {https://repository.gsi.de/record/228186},
}