Onderzoeksproject
DNA-herstel onder de loep: het samenspel van eiwitmodificaties
Hoe werken post-translationele eiwitmodificaties—chemische veranderingen van eiwitten nadat ze zijn gemaakt—samen om DNA te herstellen, en hoe kan dit ons helpen ziektes te begrijpen?
- Looptijd
- 2025 - 2026
- Contact
- Dmitri Filippov
- Financiering
- Kiembeurs (Universiteit Leiden)
Het DNA in onze cellen wordt continu blootgesteld aan schade, zowel door omgevingsfactoren als door normale cellulaire processen. Het repareren van deze schade is essentieel om ziekten zoals kanker, infecties en leeftijdsgebonden aandoeningen te voorkomen. Een belangrijke manier waarop cellen dit reguleren is via post-translationele eiwitmodificaties—chemische veranderingen die na de productie van een eiwit plaatsvinden en de activiteit van dat eiwit sturen. Twee van deze modificaties, ADP-ribosylatie en ubiquitinering, werken samen om DNA-herstel te coördineren, maar hoe ze precies samenwerken is nog grotendeels onbekend.
In dit project willen we de moleculaire mechanismen achter deze interactie ontrafelen. Door geavanceerde chemische synthese te combineren met structurele biologie creëren we op maat gemaakte moleculaire probes om te bestuderen hoe eiwitten die met ADP-ribose en ubiquitine zijn gemodificeerd op elkaar inwerken. Deze ‘moleculaire snapshots’ laten ons in hoge resolutie zien hoe herstel-enzymen hun doelwitten herkennen en aanpassen om DNA-schade effectief te herstellen.
Onderzoeksdoel
Het doel van dit project is te begrijpen hoe ADP-ribosylatie en ubiquitinering samenwerken om DNA-herstel op moleculair niveau te reguleren. De inzichten die hieruit voortkomen, geven fundamenteel begrip van celreparatieprocessen en kunnen richting geven aan toekomstige therapeutische strategieën voor ziekten die samenhangen met DNA-schade, zoals kanker.
Interdisciplinaire aanpak
Het project brengt complementaire expertise samen: het team van Dmitri Filippov bij het Leiden Institute of Chemistry (LIC) aan de Faculteit der Wiskunde en Natuurwetenschappen is gespecialiseerd in de chemische synthese van ADP-ribose derivaten, terwijl het team van Gebrand van der Heden van Noort bij het LUMC deze moleculen gebruikt in structurele biologische studies van DNA-herstel-enzymen. Door deze intensieve samenwerking tussen scheikunde en biologie levert het project unieke moleculaire tools en structurele inzichten op die geen van beide groepen afzonderlijk zou kunnen bereiken.
Projectbeschrijving – Samenwerking van eiwitmodificaties bij DNA-schade
DNA-herstel is afhankelijk van nauwkeurige moleculaire coördinatie, waarbij post-translationele modificaties (PTM’s)—chemische veranderingen die eiwitten na hun productie ondergaan—de activiteit van herstel-enzymen sturen. In dit project creëert het team hybride moleculen waarin korte of lange ketens van ADP-ribose zijn gekoppeld aan ubiquitine. Deze moleculen bootsen de natuurlijke modificaties in cellen na en maken het mogelijk om in detail te bestuderen hoe DELTEX (DTX) en RNF (RING finger) E3-ligases—enzymen die ADP-ribose en ubiquitine signalen verbinden—samen functioneren.
Het project combineert geavanceerde chemische synthese, eiwitengineering en röntgenkristallografie. Glycyl-ADPr-derivaten worden gesynthetiseerd bij LIC en vervolgens aan ubiquitine gekoppeld bij LUMC met behulp van bioconjugatie-methoden—chemische of enzymatische technieken waarmee je moleculen zeer precies aan eiwitten kunt koppelen. Recombinant geproduceerde DELTEX- en RNF E3-ligases, zowel de normale als inactieve mutanten, worden gecombineerd met deze hybride moleculen om complexe structuren te vormen. Deze complexen worden gezuiverd en geanalyseerd met röntgenkristallografie om de interacties op atomaire resolutie vast te leggen. Dit levert gedetailleerde ‘snapshots’ op van hoe ubiquitine-ligases ADP-ribosylated (MARylated) eiwitten herkennen en aanpassen.
Vervolgonderzoek aan de University of Oxford in het lab van professor Ivan Ahel zal deze inzichten uitbreiden, met een focus op DELTEX-ligases in complexere cellulaire contexten. Door chemische synthese, eiwitengineering, complexvorming en structurele analyse te integreren, levert het project bruikbare moleculaire tools (hybride ADPr-Ub probes) en onthult het hoe eiwitmodificaties DNA-herstel coördineren. De resultaten bieden mechanistische inzichten in de regulatie van DNA-herstel en vormen een basis voor toekomstige strategieën om DNA-schade bij ziekten zoals kanker gericht aan te pakken.