Analysis of the heterochromatin proteins 1 recruitment to the DNA
Type: dissertation
Abstract: Prawidłowe funkcjonowanie wszystkich organizmów żywych zależy od zachowania informacji genetycznej. Genom bez przerwy narażany jest na atak ze strony różnego rodzaju czynników genotoksycznych, pochodzenia wewnątrz- lub zewnątrzkomórkowego. Szybka i skuteczna naprawa każdego uszkodzenia DNA jest zatem kluczowa dla zachowania integralności informacji genetycznej. W toku ewolucji komórki rozwinęły mechanizmy odpowiedzi na uszkodzenie DNA (ang. DNA damage response, DDR), w których uczestniczą różnorodne systemy naprawcze (m.in. BER, NER, HR, NHEJ) oraz szlaki kaskad sygnałowych. Substratem do naprawy jest uszkodzona matryca DNA, występująca w komórkach eukariotycznych w postaci chromatyny, która zbudowana jest z kwasów nukleinowych oraz białek. W niniejszej pracy doktorskiej skoncentrowano się na badaniach białka HP1, ważnego składnika chromatyny, w kontekście uszkodzenia i naprawy DNA. Heterochromatynowe białka 1 (HP1) zasocjowane są z chromatyną. Cząsteczka HP1 zbudowana jest z dwóch domen: N-końcowej chromodomeny, która wiąże DNA poprzez Me2K9H3 lub Me3K9H3 oraz C-końcowej domeny chromoshadow, zaangażowanej w tworzenie homo- oraz heterodimerów, a także oddziaływań z różnorodnymi białkami jądrowymi. HP1 występuje głównie w heterochromatynie, choć jest również obecne w euchromatynie, i uczestniczy w wielu procesach jądrowych, m.in. w organizacji struktury chromatyny, transkrypcji czy replikacji DNA. Białka HP1 odgrywają istotną rolę w generowaniu i zachowaniu informacji epigenetycznej. W momencie rozpoczęcia doświadczeń opisanych w niniejszej pracy, w literaturze naukowej nie było żadnych informacji na temat udziału białek HP1 w naprawie DNA. Wyniki przeprowadzonych badań pokazują, iż w komórkach ludzkich wszystkie trzy izoformy białka (HP1a, HP1b oraz HP1g) ulegają gromadzeniu w obszarach uszkodzeń DNA. Pomiary prowadzone przy użyciu mikroskopu konfokalnego pozwoliły wykazać, iż proces rekrutacji zależy od temperatury w sposób charakterystyczny dla reakcji enzymatycznych i nie wynika z lokalnej agregacji uszkodzonej chromatyny ani też zatrzymania replikacji. Nagromadzone w miejscu uszkodzenia białko ulega wymianie z jądrową pulą HP1, co świadczy o tym, że w obszarze uszkodzonym jest więcej miejsc wiązania dla cząsteczek białka HP1, choć zgromadzone w rejonie uszkodzenia białko nie jest związane trwale i podlega wymianie z niezwiązaną pulą HP1. Kluczową rolę w procesie gromadzenia HP1 odgrywa C-końcowa domena chromoshadow, co potwierdziły badania wykonane na mutantach delecyjnych oraz białku fuzyjnym ze steryczną blokadą C-końca HP1. Chromodomena HP1 nie wydaje się być bezpośrednio zaangażowana w procesie gromadzenia, co potwierdza brak zarówno wzrostu poziomu Me3K9H3, jak i metylotransferazy histonowej SUV39 w miejscu uszkodzenia. Rola HP1 w naprawie uszkodzenia jest jednak kluczowa, o czym świadczy zwiększenie wrażliwości komórek na UV po utracie tego białka. Gromadzenie HP1 nie zależy od rodzaju uszkodzenia i występuje powszechnie zarówno w miejscach powstałych uszkodzeń oksydacyjnych, DSBs, jak i indukowanych przez UV fotoproduktów 6-4PP oraz CPD. Rekrutacja HP1 nie zależy od funkcjonalnej naprawy NER, ani NHEJ, a jedynie od obecności uszkodzenia. Stosunkowo powolne tempo gromadzenia białka pozwala wykluczyć, że HP1 jest nieznanym dotąd białkiem naprawiającym sekwencję DNA. Gromadzenie partnerów interakcji HP1, wprowadzających zmiany w strukturze chromatyny pozwala przypuszczać, iż HP1 uczestniczy w rearanżacji struktury chromatyny, która może stanowić jeden z procesów mechanizmu DDR. Wydaje się również bardzo prawdopodobne, iż zakumulowane białko HP1 może uczestniczyć w towarzyszącym uszkodzeniu procesie regulacji transkrypcji, gdyż, jak wcześniej wykazano, zahamowanie transkrypcji towarzyszy uszkodzeniu i nie zależy od procesu naprawy DNA. Zaprezentowane w niniejszej rozprawie eksperymenty pokazują niezwykle interesujące zjawisko, jakim jest gromadzenie HP1 w obszarach uszkodzeń DNA. Z całą pewnością badania w tym temacie będą kontynuowane, aż poznany zostanie dokładny molekularny mechanizm odpowiedzi na uszkodzenie, w którym zaangażowane jest HP1.
Author: Wiernasz, Elżbieta
Language: Polish
Topic: DNA Repair Mechanisms
Subfield: Molecular Biology
Domain: Life Sciences
Open Access status: green
OpenAlex ID: W7139738755