Sajátos ubikvitin-kötő motívumot tartalmazó DNS hibajavító fehérjecsalád jellemzése
Title in English
Characterization of new DNA repair players having a unique ubiquitin-binding domain
Keywords in Hungarian
DNS hibajavítás, ubikvitin, DNS replikáció, mutagenezis, karcinogenezis
Keywords in English
DNA repair, ubiquitin, DNA replication, mutagenesis, carcinogenesis
Discipline
Cell genetics (Council of Medical and Biological Sciences)
50 %
Ortelius classification: Molecular genetics
Biochemistry and molecular mechanisms of signal transduction (Council of Medical and Biological Sciences)
40 %
Cell biology and molecular transport mechanisms (Council of Medical and Biological Sciences)
10 %
Panel
Cellular and Developmental Biology
Department or equivalent
Institute of Genetics (HUN-REN Biological Research Centre Szeged)
Participants
Balogh, Dávid Burkovics, Péter Czibula, Ágnes Fajka Boja, Roberta Juhász, Szilvia Mórocz, Mónika Priskin, Katalin Takács, Balázs
Starting date
2012-03-01
Closing date
2016-02-29
Funding (in million HUF)
87.000
FTE (full time equivalent)
17.27
state
closed project
Summary in Hungarian
Kijavítatlan DNS hibákhoz érve a DNS replikáció gyakran akad meg, amely DNS törésekhez, kromoszómális átrendeződésekhez vezethet és a karcinogenezis motorja is lehet. Az elakadt replikációs villa mentésére számtalan mechanizmus alakult ki, melyek közül a speciális ún. hibaátíró DNS polimerázok, illetve a DNS szálak hibridizációján és a homológ rekombináción alapulók játszanak domináns szerepet. A PCNA fehérje a DNS körül gyűrűt formálva a DNS polimerázok kapcsolatát erősíti a replikációs villával. Ismert, hogy a PCNA poszttranszlációs módosulásai, különösen mono- és poliubikvitinálódása, központi szereppel bírnak az elakadt replikációs villa mentésében; azonban, nem ismert, hogy milyen faktorok közvetítik hatását és pontosan hogyan tölti be szabályozó funkcióját. A közelmúltban sikerült azonosítanunk egy speciális ubikvitin-kötő motívummal rendelkező fehérje családot, melynek bizonyos tagjairól kimutattuk, hogy DNS hibajavító funkcióval bírnak és képesek felismerni és kötni az ubikvitinálódott PCNA-t. Tervezett kutatásunk arra irányul, hogy felfedjük ezen fehérjék szerepét a károsított DNS replikációjában. Ezen felül jellemezni kívánjuk a fehérjecsalád eddig még nem vizsgált tagjait is. A mutagenezis és karcinogenezis tudományos területen várható jelentős eredményeken felül, kutatásunk finanszírozása kutatócsoportom, amely az USA-ból történő hazatérésem óta folyamatosan sikerrel dolgozik és publikál, stabilitásának a biztosítása miatt is különösen fontos.
Summary
Unrepaired DNA lesions can block the progression of the replication fork. Prolonged stalling might lead to DNA strand breaks, chromosomal rearrangements and initiate carcinogenesis. To rescue the stalled replication fork cells have evolved specialized translesion synthesis DNA polymerases and strand annealing- and homologous recombination-dependent mechanisms. At the heart of the stalled replication machinery a key player is the PCNA protein that encircles the DNA and acts as a sliding clamp for DNA polymerases. Posttranslational modification of PCNA, particularly, its mono- and polyubiquitylation is critical for the various replication fork rescue pathways; however, the factors that mediate the effect of modified PCNA and the subsequent events are not known. Recently, we have identified a protein family containing a specific ubiquitin binding motif, and our preliminary experiments indicate that its particulal members have DNA repair function and bind specifically to ubiquitylated PCNA. In our proposed research, we aim to reveal the function of these proteins in replication of damaged DNA, and we also plan to characterize the unexamined members of this ubiquitin-binding protein family. In addition to the impact of our expected research findings on the field of mutagenesis and carcinogenesis, the funding of this proposal is also important to provide stability for my research group which has successfully worked since I have returned from USA.
Final report
Results in Hungarian
A DNS szerkezetében kialakuló hibák gátolhatják a replikációs komplex előrehaladását, DNS-töréshez, DNS-átrendeződéshez, mutagenezishez, illetve karcinogenezishez vezetve. Az elakadt repikációs villa menekítésében a replikációs polimeráz processzivitási faktorának (PCNA) központi szerepe van: mono- és poliubikvitinálása, illetve a vele kölcsönható fehérjék szabályozzák, hogy milyen mechanizmusok aktiválódnak a replikáció folytatásához. Pályázatunkban egy bioinformatikai úton azonosított sajátos ubikvitin-kötő motívummal rendelkező fehérjecsalád egyes tagjait vizsgálva teszteltük hipotézisünket, miszerint közülük számos szerepet játszik az elakadt replikációs villa menekítésében azáltal, hogy hozzákötődik a mono-, illetve poliubikvitinált PCNA-hez és közvetíti az ubikvitináció hatását a különböző hibajavítási útvonalakhoz. Eredményeink a fehérjecsalád több tagjáról is alátámasztották, hogy szerepet játszanak a DNS hibatoleranciában. Két UBZ fehérjéről is kimutattuk, hogy fizikailag kötődnek az ubikvitinált PCNA-hez és aktiválnak bizonyos útvonalakat. Részletesen jellemeztük az adott gének csillapításával létrehozott stabil humán sejtvonalainkat, és négy UBZ domént tartalmazó fehérje funkcióit bizonyítottuk a replikációs villa menekítésében. Eredményeink három, eddig még nem jellemzett génről nyújtanak új funkcionális jellemzést és bizonyítják szerepüket a károsított DNS replikációjában, hozzájárulva a mutagenezis és a karcinogenezis molekuláris folyamatainak feltárásához.
Results in English
Damage in the structure of DNA may block the replication complex resulting in double-strand DNA breaks, DNA rearrangements, mutagenesis, and carcinogenesis. PCNA, the processivity factor of replication polymerases, plays an essential role in the rescue of replication forks: its poly- and monoubiquitination and the proteins interacting with these modified forms regulate the choice between the different mechanisms that are activated to ensure the continuation of replication. During the grant period, we tested several members of a protein family identified using bioinformatics tools that harbour a unique ubiquitin-binding motif. Our hypothesis stated that several of these proteins are involved in the rescue of stalled replication forks by binding the mono- or polyubiquitinated PCNA and mediating the effect of ubiquitination to different DNA repair pathways. Our results confirmed that several members of the protein family participate in DNA damage tolerance. We showed that two of the UBZ-containing proteins physically interact with ubiquitinated PCNA and activate certain pathways. We characterized our stable human cell lines generated by silencing the examined genes in detail and proved the functions of four UBZ-containing proteins in the rescue of replication forks. We provided functional characterization of three so far uncharacterized genes and proved their roles in the replication of damaged DNA, shedding light on the molecular processes of mutagenesis and carcinogenesis.
Ciccia A, Nimonkar AV, Hu Y, Hajdu I, Achar YJ, Izhar L, Petit SA, Adamson B, Yoon JC, Kowalczykowski SC, Livingston DM, Haracska L, Elledge SJ: Polyubiquitinated PCNA recruits the ZRANB3 translocase to maintain genomic integrity after replication stress., Mol Cell. 2012 Aug 10;47(3):396-409., 2012
Janel-Bintz R, Wagner J, Haracska L, Mah-Becherel MC, Bichara M, Fuchs RP, Cordonnier AM: Evidence for a Rad18-independent frameshift mutagenesis pathway in human cell-free extracts., PLoS One. 2012;7(4), 2012
Juhasz S, Balogh D, Hajdu I, Burkovics P, Villamil MA, Zhuang Z, Haracska L: Characterization of human Spartan/C1orf124, an ubiquitin-PCNA interacting regulator of DNA damage tolerance., Nucleic Acids Res. 2012 Nov;40(21):10795-808, 2012
Ferencz C, Petrovszki P, Kóta Z, Fodor-Ayaydin E, Haracska L, Bóta A, Varga Z, Dér A, Marsh D, Páli T.: Estimating the rotation rate in the vacuolar proton-ATPase in native yeast vacuolar membranes., Eur Biophys J. 2013 Mar;42(2-3):147-58., 2013
Burkovics P, Sebesta M, Sisakova A, Plault N, Szukacsov V, Robert T, Pinter L, Marini V, Kolesar P, Haracska L, Gangloff S, Krejci L.: Srs2 mediates PCNA-SUMO-dependent inhibition of DNA repair synthesis., EMBO J. 2013 Feb 12;32(5):742-55, 2013
