 |
Transzléziós DNS polimerázok szerepe a transzkripcióban
|
súgó 
nyomtatás 
|
Ezen az oldalon az NKFI Elektronikus Pályázatkezelő Rendszerében nyilvánosságra hozott projektjeit tekintheti meg.
vissza »
|
| |
Projekt adatai |
|
|
| azonosító |
109521 |
| típus |
K |
| Vezető kutató |
Unk Ildikó |
| magyar cím |
Transzléziós DNS polimerázok szerepe a transzkripcióban |
| Angol cím |
The role of translesion synthesis DNA polymerases in transcription |
| magyar kulcsszavak |
élesztő genetika, TLS polimerázok, transzkripció |
| angol kulcsszavak |
yeast genetics, TLS polymerases, transcription |
| megadott besorolás |
| Sejtbiológia, molekuláris transzportmechanizmusok (Orvosi és Biológiai Tudományok Kollégiuma) | 100 % |
|
| zsűri |
Sejt- és Fejlődésbiológia |
| Kutatóhely |
Genetikai Intézet (HUN-REN Szegedi Biológiai Kutatóközpont) |
| résztvevők |
Bálint Éva
Vamsi Krishna
|
| projekt kezdete |
2013-09-01 |
| projekt vége |
2017-08-31 |
| aktuális összeg (MFt) |
43.904 |
| FTE (kutatóév egyenérték) |
8.80 |
| állapot |
lezárult projekt |
magyar összefoglaló A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
A sejt genomi DNS-ét folyamatosan érik károsító hatások sejten kívüli és sejten belüli forrásokból. A károsodott DNS replikációját specializált, úgynevezett TLS DNS polimerázok végzik, amik képesek a DNS hibával szemben is folytatni a szintézist. Ezt a DNS károsodástól függően vagy hibamentes módon teszik, vagyis az új szál megfelel a szülői szál szekvenciájának, vagy hibás módon, amikor a károsodással szemben egy mutáció alakul ki. Azáltal, hogy mutációkat hoznak létre a genomban, ezek a polimerázok karcinogenezist indukálnak emberi sejtekben. Egy példa erre, hogy az UV károsított DNS-t hibamentesen átíró TLS DNS polimeráz éta hiányában a hibás átírást végző TLS polimerázok működnek, minek következtében a rákra hajlamosító xeroderma pigmentosum nevű betegség alakul ki. Mivel a TLS polimerázok fontos szerepet játszanak a genom stabilitásának fenntartásában, lényeges, hogy megértsük, hogyan szabályozódnak, és hogy milyen egyéb folyamatokban játszhatnak még szerepet.
Korábbi eredményeim hozzájárultak a TLS polimerázok szabályozásának pontosabb megértéséhez. Kimutattuk, hogy hogy a TLS polimerázok kölcsönhatásba lépnek a PCNA fehérjével, ami a replikációs polimerázok processzivitási faktora. Bebizonyítottuk, hogy a PCNA-val való kölcsönhatás elengedhetetlen a TLS polimerázok hiba-átírásban betöltött funkciójához. A PCNA-hoz kapcsolódás teszi lehetővé, hogy a TLS polimerázok a replikációs villához kerüljenek, és a DNS szintézisben részt vegyenek.
Élesztőben végzett újabb kísérleteink arra utalnak, hogy a TLS polimerázoknak a DNS hiba-átíráson kívül a transzkripcióban is szerepük van. Munkatervünk célja a TLS polimerázok transzkripcióban betöltött szerepének tisztázása.
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.
A transzkripció a promóter felismeréséből, aktiválásából, elongációból és terminációból álló többlépéses folyamat. Transzkripció során számos fehérje faktor szerelődik össze és lép kölcsönhatásba az RNS szintézist végző RNS polimerázzal, szabályozva ezzel az iniciációs lépést, a szintézis sebességét, a transzkripció megakadását és terminációját. Kezdeti kísérleteink alapján a TLS DNS polimeráz éta hiányában az élesztő sejtek transzkripciós defektre utaló fenotípust mutatnak. Ez azt sugallja, hogy a polimeráz éta részt vesz a transzkripcióban. Ez az érdekes eredmény számos új kérdést vet fel: Milyen szerepe lehet egy DNS polimeráznak a transzkripcióban? A transzkripció melyik fázisában van szerepe a polimeráz étának? A polimeráz éta katalitikusan aktív szerepet játszik transzkripció során? DNS polimerázként a polimeráz éta a DNS hibák átírásáért felelős. Vajon szerepe lehet a károsodott DNS-en folyó transzkripció biztosításában? Más TLS polimerázoknak is van a transzkripcióban szerepük? Munkánk során ezeket a kérdéseket szeretnénk megválaszolni.
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 hibás DNS replikációja és a transzkripció két független, a genom stabilitásának megőrzése érdekében szigorúan szabályozott folyamat. Alapos ismeretük elengedhetetlen ahhoz, hogy megértsük, hogyan jönnek létre változások a genetikai információban, hogyan érzékeli ezeket a sejt, és mi lesz a további sorsuk. Az eredmény, hogy a hiba-átíró DNS polimeráz éta, esetleg más TLS polimerázokkal együtt, részt vesz a transzkripcióban is, egy nem várt direkt kapcsolatra utal a két folyamat között. Ebből következik, hogy az egyik folyamat szabályozásában, vagy aktivitásában bekövetkező változások közvetlen befolyással vannak a másik folyamatra is. Ezt a közvetlen összeköttetést a rák ellenes terápiákban is hasznosítani lehetne. Számos, napjainkban elterjedt kemoterápiás anyag a DNS károsítása révén fejti ki hatását. A TLS DNS polimerázok azonban csökkentik ezeknek a szereknek a hatásfokát, mivel a károsított DNS replikációját segítik. Másrészt kimutatták, hogy a transzkripció gátlása apoptózist indukált több rákos sejtvonalban is. Ez azt mutatja, hogy a transzkripció egy megfelelő terápiás célpont lehet. A felvázolt munkaterv eredményei elősegíthetik olyan, a rák ellenes terápiákban használható anyagok kutatását, melyek egyszerre gátolják a TLS polimerázoknak a károsodott DNS replikációjában és a transzkripcióban betöltött funkcióját is.
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.
Számos mechanizmus működik sejtjeinkben, melyek az örökítő anyagban, a DNS-ben tárolt információ állandóságát biztosítják. A reparációs rendszerek eltávolítják a DNS hibákat és visszaállítják a DNS eredeti szekvenciáját. DNS hibák keletkezhetnek sejten kívüli forrástól, mint például a napból érkező ultraibolya sugárzás, vagy sejten belüli forrástól, mint például a sejt anyagcseréje során képződő reaktív molekulák. Sejtosztódás során a hibát rendkívül ritkán ejtő replikációs DNS polimeráz egy újabb kópiát készít a genomi DNS-ről. Azonban mikor a replikációs polimeráz egy károsított részhez ér, azt nem tudja átírni és megakad. Ekkor, mivel a megakadt replikáció sejthalálhoz vezethet, olyan mechanizmusok lépnek működésbe, melyek lehetővé teszik a replikáció folytatását károsodott DNS-en is. Hiba-átíró DNS polimerázok aktiválódnak és végzik a károsított szakasz átírását. Átírás közben azonban ezek a polimerázok gyakran hibáznak, és a DNS új kópiájába mutációkat építenek be. A mutációk felhalmozódása a rákos folyamatok egyik fontos motorja.
Friss kísérleteink azt mutatják, hogy a hiba-átíró DNS polimeráz éta szerepet játszhat egy másik alapvető celluláris folyamatban, a transzkripcióban. Transzkripció során az RNS polimeráz enzim RNS molekulákat szintetizál a genomi DNS-ről. Mivel a DNS, illetve RNS szintézisért a molekulák más-más csoportja felelős, igen meglepő egy DNS polimeráz részvétele RNS szintézisében. A javasolt munkaterv arra irányul, hogy pontosan feltérképezzük a polimeráz éta transzkripcióban betöltött szerepét, illetve, hogy megvizsgáljuk más hiba-átíró DNS polimerázok lehetséges transzkripciós aktivitását is.
| angol összefoglaló Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
Genomic DNA is continuously damaged from extrinsic and intrinsic sources. Replication of damaged DNA, or DNA damage bypass, can be carried out by specialized translesion synthesis (TLS) DNA polymerases that can synthesize across DNA lesions either in an error-free or error-prone way, depending on the lesion. In the error-free way the newly synthesized strand preserves the sequence of the parental strand, in the error-prone way a mutation is introduced opposite the damage. By generating mutations in the genome, these polymerases are a driving force of carcinogenesis in humans. For example, in the absence of TLS DNA polymerase eta that promotes error-free replication of UV damaged DNA, other error-prone TLS polymerases function that results in the variant form of xeroderma pigmentosum, a cancer-prone syndrome. Because of their role in genome stability, it is very important to understand how TLS DNA polymerases are regulated, and what other roles they might play in the cell.
My previous results have contributed to the understanding of the regulation of TLS DNA polymerases. We showed that TLS DNA polymerases can interact with proliferating cell nuclear antigen (PCNA), a processivity factor of replicative DNA polymerases. We also proved that this interaction is essential for their function in DNA damage bypass. Through the interaction with PCNA, TLS DNA polymerases can get access to the replication fork, and carry out DNA damage bypass.
Our preliminary results in yeast suggest that beside DNA damage bypass, TLS polymerases might also function during transcription. The goal of this project is to investigate their involvement and clarify their exact role in transcription.
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.
Transcription by RNA polymerase (RNAP) II is a multistep process including promoter recognition, transcription activation, elongation and termination. During transcription several protein factors assemble and communicate with RNAP II regulating the initiation step and the velocity of elongation, transcriptional pausing and termination. Our preliminary experiments show that yeast cells exhibit transcriptional defects in the absence of the TLS DNA polymerase eta (Pol eta). That implies that Pol eta functions during transcription. This interesting new finding raises several questions: What kind of role a DNA polymerase can play during RNA synthesis? First of all, which stage of transcription is affected by Pol eta? Is the catalytic activity of Pol eta necessary for its role during transcription? As a DNA polymerase, the role of Pol eta is to promote replication of damaged DNA. Is Pol eta involved in the transcription of damaged DNA templates? Does inactivation of other TLS DNA polymerases cause similar transcriptional defect? The proposed project will address these questions.
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.
DNA damage bypass and transcription are two separate processes, both of which are highly regulated in order to preserve genomic stability. Thorough knowledge about both transcription and DNA damage bypass is elementary for understanding how changes in the genetic information of the cell implemented, sensed and processed. Also, the finding that the DNA damage bypassing DNA polymerase, Pol eta, and might be other TLS polymerases as well, is involved in transcription, can establish an unforeseen link between the two processes. That would mean that changes in the regulation and/or the activity of one process can directly affect the other. Such a direct connection could be exploited for anticancer therapy. Many of the common chemotherapeutic agents used today act by damaging DNA. TLS DNA polymerases, however, decrease the efficiency of these agents by promoting replication of damaged DNA. On the other hand, inhibition of transcription has been shown to induce apoptosis in several cancer cell lines. That makes transcription a good candidate as a therapeutic target. The results of the proposed project could promote the design of agents specific against TLS polymerases, which could inhibit both the DNA damage bypass and transcriptional role of TLS polymerases, and could be used in anticancer therapy.
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.
DNA, the inheriting material of cells, is safeguarded by several systems in order to preserve the genetic information encoded in it. Repair systems remove DNA lesions, caused by extracellular agents, like ultraviolet light from the sun, or intracellular agents, like reactive molecules produced during cellular metabolism, then restore the original sequence of DNA. During cell division, genomic DNA is duplicated by replicative DNA polymerases that copy DNA with a remarkable high fidelity. However, when replicative DNA polymerases encounter a DNA lesion, they can not copy it, so they stall at the lesion. Because stalled replication can lead to cell death, other mechanisms have evolved that can sustain replication on damaged DNA. Specialized, so-called translesion synthesis DNA polymerases can be activated, which can copy lesion containing DNA. While doing so, these polymerases frequently make mistakes and the new copy of DNA will contain mutations. Accumulating mutations are a driving force of cancer in humans.
Our recent experiments suggest that the translesion synthesis DNA polymerase eta could be involved in another basic cellular process, transcription. During transcription RNA molecules are synthesized by RNA polymerases using the information of DNA. Since DNA and RNA synthesis are carried out by distinct factors, the involvement of a DNA polymerase in the process of RNA synthesis is rather surprising. In the proposed project we plan to clarify the involvement and exact function of polymerase eta in transcription, and we will check the possible involvement of other translesion synthesis polymerases, also.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
