A DNS építőkövei, a dNTP-k készletének finomhangolt koncentrációja szükséges a normál sejtciklus és a genom integritásának fenntartásához. Ennek megfelelően a dNTP-készlet homeosztázisának szerepét demonstrálták a rák kialakulásában, az öregedésben és a vírusfertőzésekben is. Kísérleti és bioinformatikai eszközöket fejlesztettünk ki, hogy jobban megértsük a dNTP homeosztázis komplex biokémiai rendszerét. Továbbfejlesztettük egy dNTP mérési módszert, és hozzá egy automatizált kinetikai elemző szoftvert, amely széles körben elérhetővé teszi ezt az egyébként bonyolult esszét. Létrehoztunk egy dNTP adatbázist, amely rendszerezi az irodalmoban fellelhető mért dNTP-koncentrációkat. Páronkénti összehasonlítást tesz lehetővé bármely kiválasztott adatpár között, amely lehetővé teszi a dNTP-szint változásainak értelmezését stressz, kezelések vagy megváltozott genetikai háttér hatására. Kísérletileg meghatározott paraméterek alapján elkészítettük a dNTP homeosztázis kinetikai modelljét, amely ésszerű közelítési szintig reprodukálja a rendszer viselkedését. Kimutattuk, hogy az egymástól függetlenül működő dNTP metabolikus enzimek nem termelnek elég hatékonyan dNTP-t a normál sejtosztódáshoz. A dNTP termelés csak akkor elég gyors, ha az összes főbb dNTP szintézis enzim között kinetikai kapcsolás valósul meg, és ha a DNS replikációs központokat egy lokális dNTP-készlet táplálja, amely gyorsan feltöltődik a citoplazma dNTP-készletével való egyensúlyba kerülés nélkül.
Results in English
A fine-tuned concentration balance in the pool of dNTPs, the building blocks of DNA, is necessary to maintain the normal cell cycle and the integrity of the genome. Accordingly, the role of dNTP pool homeostasis was demonstrated in cancer development, aging, and viral infections. We developed experimental and bioinformatics tools to advance our understanding of the complex biochemical system of dNTP homeostasis. We improved a fluorescent dNTP measurement method and developed an automated kinetic analysis software that makes this otherwise complicated assay widely attainable. We built a dNTP pool database that contains dNTP concentrations measured in different species, cellular compartments, and conditions. It offers a pairwise comparison of any chosen pair of pools which allows quick detection of changes in dNTP levels upon stress, treatments, or altered genetic backgrounds. We created a kinetic model of dNTP homeostasis based on experimentally determined parameters, a formal description that reproduces both its qualitative and quantitative behavior to a reasonable level of approximation. We show that separate dNTP metabolic enzymes do not sustain the need for dNTPs for normal cell division. dNTP production is fast enough only if a kinetic coupling is realized between all major dNTP synthesis enzymes and if DNA replication centers are fueled by a localized dNTP pool replenished rapidly without coming into equilibrium with the rest of the cellular pool.
