Ο ρόλος των cockayne syndrome πρωτεϊνών στη διασφάλιση της γενωμικής ακεραιότητας

Abstract

Cockayne syndrome (CS) is a rare neurodevelopmental disorder that has been causatively associated with defects in the way cells resolve damage-arrested transcription. The underlying CS pathophysiology linked to one of the main CS causal genes, CSB, has been the focus of intense research, however important details of its molecular function are still unknown. In this thesis, the role of the UV-induced covalent modification of CSB by SUMO 2/3 protein was characterized. In particular it has been shown that multi-SUMOylation of the N-terminus of CSB occurs rapidly in response to DNA damage to facilitate transcription-coupled accelerated repair throughout the transcribed genome, in turn enabling proper resumption of transcription elongation. Furthermore, this study has shown that expression of CSB SUMO mutants results in an increased accumulation of non-processed RNA molecules in close proximity to the 5’ end of active genes at late times after UV irradiation. It further causes the deregulation of different subsets of genes at early and late time points such as those involved in cell cycle regulation and DNA repair processes, rendering the cells unable to complete S phase and severely affecting cell viability. The findings of this thesis reveal important insights into the underlying regulatory framework of the role of CSB protein in DNA damage responses allowing completion of repair and prompt recovery of transcription, thus potentially contributing in the avoidance of transcription-replication collisions with detrimental effects for genome stability and survival of the cells.

Το σύνδρομο Cockayne (CS) είναι μια σπάνια νευροεκφυλιστική διαταραχή, η οποία έχει αιτιολογικώς συσχετιστεί με την ελαττωματική απόκριση των κυττάρων στην παύση της μεταγραφής λόγω ύπαρξης βλάβης. Η υποκείμενη παθοφυσιολογία του CS που συνδέεται με ένα από τα κύρια γονίδια υπεύθυνα για το σύνδρομο CS, το CSB, αποτέλεσε το επίκεντρο έντονης έρευνας, ωστόσο σημαντικές λεπτομέρειες της μοριακής του λειτουργίας παραμένουν άγνωστες. Στη διδακτορική αυτή διατριβή, χαρακτηρίστηκε o ρόλος της προκαλούμενης από UV ομοιοπολικής τροποποίησης της CSB από τη SUMO 2/3 πρωτεΐνη. Συγκεκριμένα, η έρευνα αυτή έδειξε ότι η πολλαπλή SUMOυλίωση του αμινοτελικού άκρου της CSB, ως απόκριση στην ύπαρξη βλάβης στο DNA, λαμβάνει χώρα ταχύτατα. Η ταχύτητα της τροποποίησης συμβάλλει στη διευκόλυνση της ταχείας μεταγραφοεξαρτώμενης επιδιόρθωσης του DNA σε όλο το μεταγραφόμενο γονιδίωμα, η οποία με τη σειρά της θα οδηγήσει στην ορθή επιμήκυνση της μεταγραφής. Επιπροσθέτως, η μελέτη αυτή έδειξε ότι η έκφραση των μεταλλαγμάτων CSB SUMO οδηγεί σε αυξημένη συσσώρευση μη επεξεργασμένων (πρόδρομων) μορίων RNA πλησίον του 5 'άκρου των ενεργών γονιδίων σε μεταγενέστερα χρονικά διαστήματα μετά την ακτινοβόληση με υπεριώδη ακτινοβολία. Επίσης, βρέθηκε ότι προκαλείται περαιτέρω απορρύθμιση διαφορετικών υποσυνόλων γονιδίων σε πρώιμα και ύστερα χρονικά διαστήματα μετά την ακτινοβόληση. Παραδείγματα από τέτοια υποσύνολα γονιδίων που επηρεάζονται είναι αυτά που εμπλέκονται στη ρύθμιση του κυτταρικού κύκλου και σε διεργασίες επιδιόρθωσης του DNA, καθιστώντας τα κύτταρα ανίκανα να ολοκληρώσουν τη S φάση του κυτταρικού κύκλου και να επηρεάσουν σοβαρά τη βιωσιμότητα των κυττάρων. Τα ευρήματά της διδακτορικής αυτής διατριβής αποκαλύπτουν σημαντικές πληροφορίες για το υποκείμενο ρυθμιστικό πλαίσιο του ρόλου της CSB πρωτεΐνης ως απόκριση σε βλάβες στο DNA, που επιτρέπει την ολοκλήρωση της επιδιόρθωσης και την έγκαιρη ανάκτηση της μεταγραφής, συμβάλλοντας πιθανώς έτσι στην αποφυγή συγκρούσεων των συμπλόκων μεταγραφής και αντιγραφής με επιβλαβείς επιδράσεις στη σταθερότητα του γονιδιώματος και στην επιβίωση κυττάρων.