Transzkripcionális csenedesítés a DNS károsodások során
Title in English
Transcriptional silencing during DNA damage
Keywords in Hungarian
génműködés szabályozása, DNS károsodás
Keywords in English
transcription, DNA damage
Discipline
Molecular biology (Council of Medical and Biological Sciences)
100 %
Ortelius classification: Molecular biology
Panel
European Reserach Council (ERC)
Department or equivalent
Department of Pathology (University of Szeged)
Starting date
2018-03-01
Closing date
2018-06-30
Funding (in million HUF)
3.770
FTE (full time equivalent)
0.33
state
closed project
Summary in Hungarian
A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára. A kettős-szálú DNS törések kialakulásában szerepet játszanak külső források, mint kémiai vegyületek és ionizáló sugárzások vagy belső források, mint a replikációs hibák, amelyek a genom stabilitására hatva transzlokációkat okozhatnak és rákos folyamatok kialakulásához vezethetnek. A DNS szálak folytonosságának megszűnése a DNS-t templátként használó transzkripció és replikáció folyamatának megakadásához és hibás működéséhez vezet, amely mutációk kialakulását eredményezhetik a gének kódoló régiójában. Korábban létrehoztunk egy olyan kísérleti rendszert, amely lehetővé teszi egyedi gének kódoló régióiban kettős-szálú DNS törések létrehozását. A pályázat célja ezen kísérleti rendszer felhasználásával feltárni azon fehérjéket (kinázok, ubiquitin ligázok) amelyek szerepet játszhatnak az DNS károsdás indukálta RNS polimeráz II degradációban. Továbbá vizsgáljuk, hogy a transzkripcionális csendesítés során a 26S proteaszóma szerepet játszik-e az RNS polimeráz II degradációjában.
Mi a kutatás alapkérdése? Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek. Számos tanulmányban leírták, hogy a DNS károsodások blokkolhatják a transzkripciót, főként annak elongációs fázisával. Kevésbé ismert azonban, hogy a DNS hibák milyen hatással vannak az új transzkripciós ciklus indítására, amely befolyásolhatja a sejt túlélését biztosító gének megfelelő aktivációját. Célunk annak vizsgálata, hogy a DNS károsodások esetén melyek azok a mechanizmusok, amely a transzkripció gátlását eredményezik a sérült gén régiójában
A project keretén belül vizsgáljuk:
1. Elemezzük az RNS Pol II működését kettős-szálú DNS károsodások kialakulása előtt, közben és követően kromatin immunoprecipitáció segítségével.
2. Célzott kettős szálú DNS törést hozunk létre és vizsgáljuk az RNS polimeráz II uncióját egyedi élő sejtekben.
Mi a kutatás jelentősége? Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának! A sejtek folyamatosan ki vannak téve belső, illetve külső forrásból érkező DNS károsító hatásoknak. Ezek a kémiai ágensek, ionizáló sugárzások, vagy akár a replikációs hibák különböző DNS hibákat okoznak, amelyek a transzkripció leállását okozzák. Fő kérdésünk az, hogy ez a specifikus génszabályozási stratégia bekövetkezik-e ez a genomot ért DNS károsodás esetén? Ez egy általános stratégia, vagy a különböző DNS hibák esetén mutat-e eltéréseket? Befolyásolja-e a DNS károsodás helye a túlélést biztosító kulcsgének aktiválódásának mechanizmusát? A túlélés részleteinek mélyebb ismerete kulcsfontosságú, hiszen habár a rákos sejtek is alapvetően ezeket a mechanizmusokat alkalmazzák, azok kulcsfaktorai gyakran mutációt szenvednek ezzel túl-, vagy alulszabályozottá válnak. Az általunk tervezett és alkalmazni kívánt humán sejtes modell rendszerek lehetővé teszik mindezen folyamatok gén specifikus megfigyelését.Eredményeink új lehetőségeket nyithatnak ezen a tudományterületen és lehetséges új rákterápiás célpontok azonosítását is segíthetik.
A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára. A sejtek DNS állományát állandóan érik olyan hatások, amelyek struktúráját megbontják. Ezek a hatások jöhetnek a környezetünkből, de akár a sejt normál metabolikus működéséből is származhatnak. A DNS hibák fizikai gátat jelenthetnek a genomban kódolt gének kifejeződésének, a transzkripció folyamatának, hiszen a transzkripciót végző RNS polimeráz II fehérje komplex DNS-en való mozgását gátolják, ami végső soron teljes transzkripciós blokkhoz vezet. Ahhoz, hogy a sejtek túléljenek, normál működésük visszaálljon a DNS károsodást követően különböző sejtválasz útvonalakat aktiválnak, amelyek többek között a DNS hibák kijavítását végzik, vagy akár a sejt halálát váltják ki. Rákos sejtekben ezek az útvonalak hibásan működnek. A pályázat célja a transzkripció iniciációjának genomi és gén specifikus szintű szabályozásának vizsgálata különböző típusú DNS hibák esetén. Eredményeink várhatóan nemcsak a transzkripció szabályozásának egy újabb aspektusát derítik fel, hanem hozzájárulhatnak a sejtek túlélési stratégiáinak jobb megértéséhez is. Utóbbi segítheti akár új rákellenes terápiás célpontok azonosítását, ezáltal új gyógyszerek kifejlesztését is.
Summary
Summary of the research and its aims for experts Describe the major aims of the research for experts. Double-strand breaks (DSBs) occur frequently in the genome during genome replication or by DNA damaging agents. DNA lesions affect fundamental DNA-dependent nuclear processes such as replication and transcription. Earlier we have developed an experimental system where DSBs are induced at coding regions of RNA polymerase II transcribing genes. We have started to study of the kinetics of RNA polymerase II transcription inhibition in the presence of DNA breaks and we showed that this is dependent on one of the major kinase in DNA damage repair called DNAPKcs. In this study, we will the downstream steps of RNA polymerase II removal and we reveal the required proteins in this multistep process. We will also check whether the RNA polymerase II is targeted for proteasome-dependent degradation following DNA damages at the site of the damage.
What is the major research question? Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments. DNA damages could interfere with the transcription elongation process. Our mayour qusetion is how DNA lesions interfere with the initiation and elongation of the new transcription cycles, which may lead to transcription activation failure affecting the survival of the cells, is not well understood. Our goal is to investigate this specialized regulatory mechanism that could lead to the inhibition of gene expression and permint the transcription of genes that contribute to cell survival. To understand how the DNA double-strand damages affect the regulation of Pol II transcription on distinct subsets of target genes (inhibited and transcribed) we will: 1) investigate RNA Pol II behavior, during and after different DNA damaging conditions, by using chromatin immunoprecipitations 2) induce DNA double-strand breaks and analyze the RNA Pol II behavior by live cell imaging.
What is the significance of the research? Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field. Cells are continuously exposed to intrinsic and extrinsic DNA damaging impacts. For example, chemical agents, ionizing radiations, or replication errors can induce DNA lesions with variable appearance, which are able to inhibit the movement of the transcription and replication apparatuses. The damage at the transcribed regions would lead to transcription block which is crucial for the survival of the cells. The better understanding and detailed characterization this transcription repression regulatory mechanism DNA damaging conditions is indispensable, since tumor cells apply basically the same mechanisms, although the key factors are frequently mutated becoming over- or under-regulated. Our experimental system in human cell lines allows to study these processes on single genes. Moreover, that our novel findings will open a new paradigm at the field and will help in the identification of new therapeutic targets in cancer treatment.
Summary and aims of the research for the public Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others. The genome of the cells is continuously challenged by DNA damaging agents. These factors are originated from the environment and from the normal metabolic pathways of the cells. DNA lesions have to be repaired and during repair transcription, the movement of RNA Polymerase II on the DNA template, has to be arrested leading to global transcription block. Although some steps are already described, we still don’t have a complete view on the process of how the DSB silences the transcription. To address these issues we plan to apply Chromatin immunoprecipitation and single cell based microscopy methods. These results will help exploring a new aspect of transcription regulation and the better understanding of the survival strategies of the cells. We hope that our novel findings will contribute to the identification of novel cancer therapy targets and development of new therapies.
Final report
Results in Hungarian
Az RNS polimeráz II által átírt génekben létrejövő kettős-szálú DNS törések a transzkripció teljes leállásához vezetnek. A DNA-PK fehérjének, valamint a 26S proteaszómának is jelentős szerepe van a transzkripció folyamatának leállításában azáltal, hogy közreműködik az RNSPII komplex sérülés helyéről történő eltávolításában. Bár a transzkripció inhibíció folyamatának néhány lépését már ismerjük, az a pontos szabályozási mechanizmus, melynek során a DNA-PK elősegíti az RNSPII eltávolítását a sérülés helyéről, idáig még feltérképezetlen volt. A projekt keretein belül kimutattuk, hogy a HECT E3 ubiquitin ligáz családba tartozó WWP2 fehérje kapcsolatban áll mind a DNA-PK, mind az RNSPII komplex tagjaival, valamint megfigyeltük, hogy kettős szálú DNS törést követően a WWP2 a DNS károsodást szenvedett transzkripciós egységen felhalmozódik. Továbbá a DNS károsodás hatására az RNSPII komplex RPB1-es alegységének - a WWP2 által katalizált - K48 kapcsolt ubiquitylációját figyeltük meg, amely az RNSPII komplex DNA-PK és proteaszóma által szabályozott degradációjához vezet. Eredményeink azt mutatják, hogy a WWP2 szerepet játszik a DNS károsodás körül létrejövő RNSPII eltávolításban, ezáltal megfelelő hozzáférhetőséget biztosítva a kettős-szálú DNS törés hibajavításban szerepet játszó faktoroknak a sérült DNS szakaszhoz.
Results in English
DNA double-strand breaks (DSBs) in RNA polymerase II (RNAPII)-transcribed genes lead to inhibition of transcription. DNA protein kinase (DNA-PK) complex plays a pivotal role in transcription inhibition at DSBs by stimulating proteasome-dependent eviction of RNAPII from the sites of these lesions. However, the process in which DNA-PK triggers RNAPII eviction to inhibit transcription at DSBs has still remained unclear. We could provide evidence that the HECT E3 ubiquitin ligase WWP2 associates with components of the DNA-PK and RNAPII complexes and is recruited to DSBs at RNAPII-transcribed genes. In response to DSBs, WWP2 targets the RNAPII subunit RPB1 for K48-linked ubiquitylation, thereby driving DNA-PK- and proteasome-dependent eviction of RNAPII. These findings suggest that WWP2 is involved in a DNA-PK-dependent shut-off circuitry for RNAPII clearance that promotes DSB repair by protecting the NHEJ machinery against collision with the transcription machinery.
A kutatás helye megváltozott. Korábbi kutatóhely: Pathológia (Szegedi Tudományegyetem), Új kutatóhely: Pathológiai Intézet (Szegedi Tudományegyetem).
2021-01-18 10:01:18
Kutatóhely váltás
A kutatás helye megváltozott. Korábbi kutatóhely: Orálbiológiai és Kísérletes Fogorvostudományi Tanszék (Szegedi Tudományegyetem), Új kutatóhely: Pathológiai Intézet (Szegedi Tudományegyetem).
2019-04-23 15:02:28
Kutatóhely váltás
A kutatás helye megváltozott. Korábbi kutatóhely: Biokémiai és Molekuláris Biológiai Tanszék (Szegedi Tudományegyetem), Új kutatóhely: Orálbiológiai és Kísérletes Fogorvostudományi Tanszék (Szegedi Tudományegyetem).
