Nieuwe mechanismen die DNA-reparatie activiteit van ERCC1-XPF reguleren

Achtergrond
ERCC1-XPF is een DNA-knippend eiwit dat een belangrijke rol speelt in meerdere herstelprocessen in de cel die DNA-schade verwijderen. ERCC1-XPF werkt bijvoorbeeld in ‘nucleotide excision repair’ (NER), dat beschermt tegen DNA-schade veroorzaakt door zonlicht, door componenten uit sigarettenrook of door bepaalde soorten chemotherapie. Ook werkt ERCC1-XPF in ‘DNA interstrand crosslink reparatie’ (ICLR), dat DNA-schade verwijdert dat veroorzaakt is door bijvoorbeeld formaldehyde en bepaalde soorten chemotherapie. Het vermoeden bestaat dat ERCC1-XPF in nog andere, minder goed onderzochte DNA-schade verwijderingsprocessen werkt. Het is erg belangrijk dat DNA-schade wordt verwijderd, omdat dit anders tot mutatie en kanker kan leiden. Doordat ERCC1-XPF functioneert in meerdere processen die hiervoor belangrijk zijn, is het een zeer belangrijke cellulaire factor die tegen het ontstaan van kanker beschermt.

Het enorme belang van ERCC1-XPF bij het beschermen tegen kanker blijkt uit de hoge vatbaarheid voor verschillende soorten kanker bij mensen met erfelijke mutaties in ERCC1-XPF. Zij lijden aan ernstige ziekten zoals xeroderma pigmentosum of Fanconi anemie, waarbij zich vaak al op jonge leeftijd huidkanker of leukemie ontwikkeld. Recente mutatie analyse heeft ook aangetoond dat het niet goed functioneren van NER een belangrijke oorzaak kan zijn voor het ontstaan van mutaties in verschillende soorten kanker. Paradoxaal genoeg beschermen NER en ICLR niet alleen gezonde cellen tegen mutatie, maar beschermen deze mechanismen ook kankercellen tegen de behandeling met chemotherapeutische geneesmiddelen. Dit komt omdat de meest gebruikte soorten chemotherapie DNA-beschadigingen maken die juist door NER en ICLR verwijderd worden. Ook onze onderzoeksgroep heeft ontdekt dat ERCC1-XPF één van de belangrijkste cellulaire factoren is die kankercellen beschermt tegen celdood door het chemotherapeutische medicijn oxaliplatine. Om het ontstaan en de bestrijding van kanker goed te begrijpen en de bestrijding ervan te verbeteren, is het daarom belangrijk om de functie en activiteit van ERCC1-XPF grondig te onderzoeken.

Onderzoeksrichting
Omdat ERCC1-XPF het DNA kan knippen, kan het zelf ook DNA-schade veroorzaken. Daarom is het belangrijk dat de activiteit van ERCC1-XPF nauwkeurig wordt gereguleerd in de cel. De functie van ERCC1-XPF in NER is goed onderzocht. Dit heeft aangetoond dat het nodig is dat eerst andere eiwitten aan DNA-schade binden en deze verifiëren voordat ERCC1-XPF kan binden en actief wordt om de schade te verwijderen. Het is echter niet goed bekend hoe dit bij andere DNA-schade verwijderingsprocessen werkt.  Om beter te begrijpen hoe ERCC1-XPF het genoom beschermt, stellen we in dit project voor om de factoren en mechanismen te bestuderen die de functie en activiteit van ERCC1-XPF reguleren. Dit kunnen we doen omdat ons lab al veel en langdurige ervaring heeft met het onderzoek naar de functie van ERCC1-XPF. De hieronder voorgestelde onderzoeksstrategie is daarom ook gebaseerd op veelbelovende resultaten uit vooronderzoek, waarin we met moderne technieken, zoals geavanceerde massa-spectrometrie en genetische-interactie studies in model organismen, nieuwe ERCC1-XPF regulerende factoren hebben ontdekt. Deze gevonden factoren en mechanismen zullen in detail functioneel onderzocht worden, om daarmee ook hun biologische belang in het voorkomen van DNA-schade, mutatie en kanker te begrijpen.  

Onderzoeksopzet en verwachte uitkomsten
Het voorgestelde project bestaat uit drie delen, die door twee samenwerkende promovendi zullen worden uitgevoerd. In het eerste deel willen we onderzoeken hoe een nieuw ontdekte factor, UBR5, ervoor zorgt dat ERCC1-XPF bij DNA-schade kan komen. In het tweede deel willen we onderzoeken hoe twee andere nieuw ontdekte factoren, SATB1 en SATB2, samen met ERCC1-XPF cellen beschermen tegen DNA-schade. De functionele relevantie van deze factoren zal worden bestudeerd met behulp van microscopie en verschillende DNA-reparatie, celbiologische en biochemische experimenten. Ten slotte willen we in het derde deel proberen om nog meer ERCC1-XPF-gerelateerde cellulaire DNA-reparatie mechanismen, die nu nog onbekend zijn, te ontdekken. Met dit belangrijke onderzoek verwachten we nieuwe factoren te kunnen beschrijven die belangrijk zijn om, samen met ERCC1-XPF, genetische instabiliteit van gezonde cellen te voorkomen.  

Onze resultaten zullen bekend worden gemaakt door middel van vrij toegankelijke wetenschappelijke publicaties en presentaties op wetenschappelijke congressen. Daarnaast heeft ons lab regelmatig contact met organisaties voor mensen met erfelijke ERCC1-XPF (en andere) mutaties en werken we samen met artsen en clinici binnen Erasmus MC en daarbuiten die deze mensen begeleiden en deze ziekten onderzoeken. Binnen het Erasmus MC werken we verder samen met de afdeling Marketing en Communicatie voor het communiceren van resultaten met het algemene publiek. We werken ook met de Technology Transfer Office voor verdere valorisatie en validatie van behaalde resultaten voor vervolgonderzoek. Verder neemt ons lab actief deel aan de BSc en MSc opleidingen Nanobiology en Molecular Medicine van Erasmus Universiteit en TU Delft, waarin we opgedane kennis uit het lab verwerken in het onderwijsmateriaal dat we studenten aanbieden.

Relevantie
KWF heeft onder andere tot doel om kanker te voorkomen en om een betere behandeling van kanker en een betere kwaliteit van leven voor patiënten te bevorderen. Een manier om deze doelen te verwezenlijken, is door te begrijpen welke cellulaire processen bijdragen aan het voorkomen van kanker en hoe deze precies werken. Op die manier kan onderzocht worden wat er mis is gegaan in een kankercel. Dit leidt tot een beter begrip van het ontstaan van kanker en daarom ook tot de ontwikkeling van nieuwe interventies waarmee dit kan worden tegengegaan. Ons onderzoek zal het huidige gebrek aan kennis omtrent het functioneren van ERCC1-XPF in de cel aanvullen en daarom hieraan bijdragen. De behandeling van kanker met breedspectrum DNA-schade-inducerende chemotherapie is momenteel nog een van de belangrijkste therapieën, ondanks de opkomst van gepersonaliseerde kankertherapie. Ondanks de wijdverspreide toepassing, zijn de DNA-reparatie processen die een rol spelen bij het tegengaan van toxische effecten van chemotherapie slechts gebrekkig bekend. Daarnaast is een groot probleem van de huidige chemotherapeutische behandelingen dat deze vaak niet effectief zijn, tot resistentie leiden en veel bijwerkingen hebben. ERCC1-XPF is één van de belangrijkste factoren die kankercellen beschermen tegen chemotherapie. Daarom is de kennis opgedaan in dit project belangrijk om (betere) remmers van ERCC1-XPF te kunnen ontwikkelen die gebruikt kunnen worden om de efficiëntie van huidige chemotherapie behandelingen te vergroten.