Die effiziente Reparatur von DNA-Doppelstrangbrüchen (DSBs) ist entscheidend für das Schicksal beschädigter Zellen. Trotzdem ist die räumliche und zeitliche Organisation der Reparaturabläufe, die das Entstehen chromosomaler Fehlverknüpfungen und genomischer Instabilität erklären könnten, bisher nicht verstanden. Nach der Generierung von DSBs wird die Histonvariante H2AX in einem Megabasenpaar-Bereich um den Bruch zu gH2AX phosphoryliert (Rogakou et al. 1998; Rogakou et al. 1999), das durch immunozytochemische Färbung sichtbar gemacht werden kann. Die Bestrahlung von Zellkernen mit geladenen Teilchen führt entlang der Teilchenbahn zu einer räumlich begrenzten Induktion von DSBs. Dies ermöglicht Untersuchungen zur Dynamik von DNA Schäden, die indirekt über gH2AX oder andere akkumulierende Reparatur-relevante Proteine beobachtet werden. Mikroskopaufnahmen dieser Akkumulationen (Foci) zeigen nach Ionen Bestrahlung charakteristische Muster in fixierten und lebenden Zellen. Wir zeigen hier, dass die Schadensdichte nur einen geringen Einfluss auf die Verteilung und Anzahl der gH2AX Foci hat (Kapitel Vier) und die Position einer Schadensstelle generell stabil ist (Kapitel Fünf). Ersteres demonstriert, dass die Anzahl beobachteter Foci nach Ionenbestrahlung unterhalb der Menge liegt, die bei entsprechend applizierter Dosis angenommen werden kann. Es wurde vorgeschlagen, dass entsprechend der hohen Schadensdichte entlang der Ionentrajektorie, einzelne Foci möglicherweise mehrere Schadensstellen enthalten (Jakob et al. 2003; Costes et al. 2007). Wir gingen dieser Frage nach, indem wir Reparaturproteine beobachteten, die im Vergleich zu gH2AX kleinere (Mikro)foci bilden. Obwohl sich in manchen gH2AX Foci mehrere Mikrofoci fanden, blieb auch die Mirkofocizahl hinter den Erwartungen zurück. Deswegen verwendeten wir hoch-auflösende 4Pi Mikroskopie (AG Hell, DKFZ Heidelberg), um eine potentielle Substruktur der Mikrofoci aufzulösen. Solch eine Substruktur konnte in gH2AX und 53BP1 Signalen beobachtet werden, nicht jedoch in den Signalen der Mikrofoci-bildenden Reparaturproteine RPA und hMre11 (Kapitel Sechs). Obwohl die Anzahl Ionen-induzierter Foci nur schwach von den jeweiligen LETs der Ionen abhängt, erlaubte die Verwendung von Mirkofoci-Markern eine grobe Abschätzung der deponierten Dosis bei UVA Laser Mikrobestrahlungen. Dafür wurden RPA Foci Muster verglichen, die entweder durch Laserbestrahlung oder Schmalwinkel-Bestrahlung mit Ionen unterschiedlicher LETs (Jakob et al. 2003) induziert wurden (Kapitel Sechs). Die abgeschätzte Laser-Dosis liegt im Bereich mehrerer hundert Gray. Kürzlich wurde von Costes et al. (2007) ein Einfluss der Chromatinstruktur auf die Focipositionierung diskutiert. Dieser berichtete von einer bevorzugten Lokalisierung von gH2AX Signalen am Übergang zwischen DNA Färbungen niedriger und hoher Intensität. Die Autoren nehmen an, dass in Übereinstimmung mit der hier beschriebenen langsamen und begrenzten Schadensbewegung (Kapitel Fünf), eine kurzreichweitige Schadenstranslokation stattfindet. Um einen solchen dynamischen Prozess zu verfolgen, benutzten wir Schmalwinkel- und Einzel-Ionen- Bestrahlung, die DSBs räumlich begrenzt innerhalb heterochromatischer Kompartimente induzieren. Wir analysierten die Geometrie induzierter H2AX und XRCC1 Signale zu verschiedenen Zeitpunkten nach der Bestrahlung von Säugerzellen (Kapitel Sieben). Die Ergebnisse zeigen, dass entgegen der weitläufigen Meinung, die Phosphorylierung von H2AX auch in Heterochromatin möglich ist, und dass Schadensstellen, die im Innern heterochromatischer Regionen generiert werden innerhalb von 20 min ausgestülpt werden. Dieser Prozess ist unabhängig von ATM, einem Protein, das in der Reparatur Heterochromatin-assoziierter DNA Schäden involviert ist (Goodarzi et al. 2008). Zusammengefasst deuten die hier beschriebenen Resultate darauf hin, dass die bevorzugte Lokalisierung der Foci am Rande stark gefärbter Chromatinregionen und die Lücken in Ioneninduzierten Focimustern nicht auf eine Reparatur-bezogene gerichtete Bewegung von Schadensstellen sondern auf die Struktur des Chromatins zurückzuführen sind.