Die DNA-Schadensreaktion (engl. DNA damage response, DDR) sorgt für die Aufrechterhaltung der Genomstabilität und schützt so die Zellen vor Alterung oder maligner Transformation. DNA-Schäden und die anschließende DNA-Schadensreaktion finden im Kontext des Chromatins statt. Das Chromatin steuert dabei die Schadensreaktion auf mehreren Ebenen, einschließlich posttranslationaler Veränderungen von Histon- und Nicht-Histon-Proteinen. Zu diesen Modifikationen, die an den Stellen von DNA-Doppelstrangbrüchen (DSB) festgestellt wurden, gehören Phosphorylierung, Acetylierung, Methylierung und Ubiquitinierung. DSB-Signaling und -Reparatur finden in einer definierten Chromatin-Domäne statt, die durch die Anreicherung spezifischer posttranslationaler Modifikationen und akkumulierter Proteine gekennzeichnet ist. Diese Strukturen sind mikroskopisch sichtbar und werden als "DNA-Reparatur Foci" bezeichnet. Die Phosphorylierung von Serin 139 des Histons H2AX (als γH2AX bezeichnet) ist das Schlüsselereignis und bildet die Plattform für die anschließende Reparatur. Die Bildung und das Fortbestehen von γH2AX-Domänen spiegeln die Chromatinarchitektur und die Effizienz der DSB-Reparatur wider. Eine weitere wichtige posttranslationale Modifikation, die an der DSB-Reparatur beteiligt ist, ist die Ubiquitinierung. Ubiquitinierung ist eine kovalente Proteinmodifikation, die eine Drei-Enzym-Kaskade erfordert. Die große Anzahl an Ubiquitin-Ligasen, internen Ubiquitin-Modifikationsstellen und eine Vielzahl möglicher Ubiquitin-Signalstrukturen machen die Ubiquitinierung zu einer der komplexesten Modifikationsarten in der DNA-Schadensreaktion. Um neue Ubiquitin-Ligasen zu identifizieren, die an der DDR beteiligt sind, haben wir ein humanes Ubiquitinom-weites (663 E3-Ubiquitin-Ligasen) Hochdurchsatz-Screening durchgeführt, bei dem die Bildung und Persistenz von γH2AX-Foci als Indikator für die DSB-Reparatur nach Röntgenexposition verwendet wurde. Mehr als 100 neue Ubiquitin-Modifikatoren, die das Signaling der DNA-Reparatur (30 Minuten nach der Bestrahlung) und/oder die Reparatur selbst (24 Stunden nach der Bestrahlung) beeinflussen, wurden bei diesem Screening identifiziert. Von den identifizierten Treffern sind 62,2 % nur mit der Schadenssignalisierung assoziiert (früher Zeitpunkt, 107 Ubiquitin-Modifikatoren), während 15,1 % der Treffer ausschließlich mit dem späten Reparaturzeitpunkt (24 h, 26 Ubiquitin-Modifikatoren) in Verbindung stehen. Die restlichen 22,7 % der identifizierten Zielgene betreffen beide Reparaturphasen (39 Ubiquitin-Modifikatoren). Eine Gen-Ontologie-Analyse und eine in silico Analyse der Protein-Protein-Interaktion ergaben für jeden Zeitpunkt Cluster von physisch interagierenden Treffern. Diese Daten lieferten eine Liste neuartiger Chromatin-Modifikatoren, die an der DNA-Schadensreaktion und -Reparatur beteiligt sind, sowie deren potenzielle molekulare Funktion. 33 der identifizierten Treffer, die sowohl frühe als auch späte Reparaturzeitpunkte betrafen, wurden in einem zweiten Screening genauer untersucht. Bei diesem Screening wurden zusätzliche Zeitpunkte verwendet und darüber hinaus der immunhistochemische Nachweis von Rad51- (homologe Rekombination) und 53BP1- (nicht-homologe Endverbindung) Foci genutzt, um Informationen über die durch den Knockdown der Ubiquitin-Ligasen betroffenen DSB-Reparaturwege zu gewinnen. Darüber hinaus haben wir eine Clusteranalyse durchgeführt und vier zeitunabhängige DNA-Reparatur-Phänotypen identifiziert, die durch die Proteine CXXC1, XIAP, RNF8 und RNF168 repräsentiert werden. Im dritten Teil dieser Arbeit wurde die molekulare Funktion eines der Treffer, PHF19, im Zusammenhang mit der Chromatinreaktion auf DSBs untersucht. Es wurde gezeigt, dass PHF19 für das γH2AX-Signaling und die Bildung des Reparaturfokus entscheidend ist. Bei PHF19-depletierten Zellen kam es zu einer globalen Chromatindekondensation und einer signifikanten Abnahme der Intensität der γH2AX-Foci nach Röntgenbestrahlung. Darüber hinaus führte der PHF19-Knockdown zu einer Verzögerung der DSB-Reparatur im Vergleich zu Wildtyp-Zellen. In Übereinstimmung mit der Beeinträchtigung der γH2AX-Signalisierung behinderte das Fehlen des PHF19-Proteins die Rekrutierung von RAD51, 53BP1 und RNF8 an DSB-Stellen. Sowohl die allgemeine Ubiquitinierung als auch die spezifische H2AK119ub waren an den Bruchstellen verringert. Mit Hilfe von Ubiquitin-Binder-Sonden konnte ich zeigen, dass die Ubiquitinierung an den Stellen der Schädigung in lebenden PHF19-Knockdown-Zellen reduziert ist. Außerdem konnte ich zeigen, dass die Assoziation von PHF19 mit der DSB-Stelle eine Stunde nach der Bestrahlung ihr Maximum erreicht. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass diese Ergebnisse bisher unbekannte, von Ubiquitin abhängige Signalkaskaden in der DDR aufzeigen und die Rolle der Ubiquitinierung von Chromatin bei der DSB-Reparatur unterstreichen, was mögliche neuartige Ansatzpunkte für eine Krebstherapie bietet.