Die Homologe Rekombination (HR) ist ein wichtiger Prozess für den Erhalt der genomischen Integrität, da dieser sowohl für die Reparatur von Doppelstrangbrüchen (DSBs) als auch die Stabilisierung von arretierten Replikationsgabeln essentiell ist. Zu Beginn der HR werden die DSB Enden resektiert, wobei einzelsträngige DNA (ssDNA) entsteht, die anschließend von Rad51 gebunden wird und das sogenannte Nukleoproteinfilament bildet. Dieses Filament ist essentiell für den Vorgang der Homologiesuche im Schwesterchromatid, was letztendlich zur Stranginvasion führt. Um nachfolgend die DNA-Reparatursynthese einzuleiten, wobei die homologe, unbeschädigte Sequenz als Vorlage für die Reparatur verwendet wird, muss Rad51 zunächst von der DNA entfernt werden. Diese Aufgabe erfüllt das Motorprotein Rad54, indem es aktiv auf der DNA transloziert und Rad51 Moleküle ablöst. Dadurch kann im nächsten Schritt die Rekrutierung der DNA-Polymerase und somit die DNA-Synthese eingeleitet werden. Während die frühen Schritte der HR und die dabei involvierten Proteine bereits gut erforscht sind, sind die späten Schritte bislang weniger gut verstanden. Im Rahmen dieser Dissertation wurden zwei neue Faktoren identifiziert, die bei den späten Schritten der HR jeweils eine wichtige Rolle spielen und somit zu einem besseren Verständnis dieses Reparaturweges beitragen. In der Veröffentlichung “Nek1 Regulates Rad54 to Orchestrate Homologous Recombination and Replication Fork Stability” konnte gezeigt werden, dass die Kinase Nek1 (Never-in-mitosis A related protein kinase 1) die Funktion von Rad54 reguliert, indem diese Rad54 am Serin 572 phosphoryliert. Diese Phosphorylierung ermöglicht das Entfernen von Rad51 in der späten G2-Phase, was notwendig ist, um die nachfolgenden Schritte der HR einzuleiten. Während der S-Phase hingegen liegt Rad54 stets unphosphoryliert vor, was ein Entfernen von Rad51 von den Replikationsgabeln verhindert und somit gewährleistet dass Rad51 arretierte Replikationsgabeln vor Degradierung durch Nukleasen schützt. Die Depletion von Nek1 sowie die Expression der nicht-phosphorylierbaren Form von Rad54 (Rad54-S572A) resultierten in einem G2-Phase spezifischen HR-Reparaturdefekt, da Rad51-Moleküle unter diesen Umständen an der DNA persistieren. Die Expression einer dauer-phosphorylierten Form von Rad54 (Rad54-S572E) hingegen führte zu keiner Beeinträchtigung der HR in der G2-Phase, allerdings konnte in diesen Zellen ein unerwünschtes Entfernen von Rad51 an arretierten Replikationsgabeln und eine damit verbundene Degradierung während der S-Phase festgestellt werden. Nek1 ist somit ein wichtiger Faktor um die Aktivität von Rad54 zu regulieren, wodurch zum einen bei Replikationsstress die Replikationsgabeln in der S-Phase geschützt werden und zum anderen die HR-Reparatur während der G2-Phase effizient ablaufen kann.

Ein weiterer neuer HR-Faktor wurde im Manuskript “Involvement of ATRX in Homologous Recombination Repair” identifiziert. Es konnte hierbei gezeigt werden, dass ATRX (Alpha-Thalassemia mental Retardation X-linked) in post-synaptische Schritte der HR involviert ist. Die Depletion von ATRX führte zu einer verringerten HR-Frequenz in Reporter-Assays, einer erhöhten Anzahl unreparierter DSBs in G2 zu späten Zeiten nach Bestrahlung (IR) und dem Ausbleiben IR-induzierter Schwesterchromatid-Austausche (SCEs). In diesen Zellen war die Ausbildung von Rad51-Foci vergleichbar mit Kontrollzellen und auch das Entfernen von Rad51-Molekülen von der DNA mit voranschreitender HR war kaum beeinträchtigt. Dies deutete darauf hin, dass ATRX erst nach der Entfernung von Rad51 durch Rad54 in die HR involviert ist. Es konnte weiterhin gezeigt werden, dass ATRX mit PCNA (proliferating cell nuclear antigen) interagiert, welches bekanntermaßen am nachfolgenden Schritt der DNA-Synthese beteiligt ist. Desweiteren konnte eine PIP box innerhalb der Proteinstruktur von ATRX nachgewiesen werden, welche möglicherweise die Interaktion mit PCNA vermittelt. Zusammengefasst wurde eine neue Funktion von ATRX entdeckt, welche unabhängig von bereits beschriebenen Aufgaben während der Replikation in der S-Phase ist. ATRX ist in die HR-Reparatur von DSBs in der G2-Phase involviert und interagiert hierbei mit PCNA.