Funkce chromozomálních proteinů HMGB1 a HMGB2 v biologii telomer

Ing. Martin Kučírek, Ph.D.

Doctoral thesis

Function of chromosomal proteins HMGB1 and HMGB2 in telomere biology

Anotácia:

HMGB1 a HMGB2 jsou nespecifickými jadernými proteiny, které vyhledávají potenciální vazebná místa na chromatinu. Interagují s DNA, transkripčními faktory, histony, nukleozomy a plní funkci DNA chaperonů. Proteiny HMGB jsou zapojeny v celé řadě buněčných procesů včetně rekombinace, transkripce, opravy DNA, buněčné migrace, proliferace, aktivace buněk imunitního systému, indukce prozánětlivých cytokinů a autofagie. Proteiny také mají vliv na řadu onemocnění, mezi které řadíme např. autoimunitní nemoci, ischemické poškození, záněty nebo i vznik a progresi nádorů. V první části dizertační práce jsme studovali vliv mutací na jaderné vlastnosti proteinu HMGB1, jako například schopnost ohýbat DNA a ovlivňovat vazbu nádorového supresoru p53 na DNA. Ve druhé části dizertační práce jsme za využití metody utlumení genové exprese pomocí shRNA studovali vliv proteinů HMGB1 a HMGB2 na telomerovou homeostázu a genovou stabilitu u lidských embryonálních kmenových buněk a jejich diferencovaných derivátů, neuroektodermálních buněk. I přes strukturní podobnost proteinů HMGB1/2, docházelo po jejich deregulaci k odlišným změnám v aktivaci signální dráhy PI3K/β-katenin, telomerázové aktivitě, transkripci podjednotek telomerázy a TERRA (telomerních transkriptů), délek a integrity telomer. Výsledky dizertační práce prokázaly významný podíl proteinu HMGB1 na udržení telomerové stability a rozdílnou funkci proteinu HMGB2 v biologii telomer. Blokování exprese Hmgb1 s cílem zvýšit cytotoxicitu léčiv je v současné době nadějným přístupem v protinádorové terapii. Naše výsledky popisující odlišnou roli HMGB1 a HMGB2 v regulaci telomerázové aktivity by mohly nabídnout další možné vysvětlení funkčnosti této terapeutické metody.

Abstract:

HMGB1 and HMGB2 are nonspecific nuclear proteins that scan for potential binding sites on chromatin. They interact with DNA, transcription factors, nucleosomes, histones and act as DNA chaperons. Proteins of HMGB family take part in several cellular processes including transcription, recombination, DNA repair, cell migration, proliferation, induction of inflammatory cytokines, induction of autophagy and activation of immune system. HMGB proteins also play role in several diseases, such as autoimmune disorders, ischemia, inflammation or cancer. First part of the thesis was aimed to study the influence of mutations on nuclear characteristics of HMGB1, specifically on ability to bend DNA and influence affinity of tumour suppressor p53 to DNA. Second part of the thesis was focused on deregulation of HMGB1 and HMGB2 and its effect on biology of telomeres and genomic stability of human embryonic stem cells and their differentiated derivates, neuroectodermal cells, using shRNA gene silencing. Even though HMGB1 and HMGB2 bear structural similarity, their deregulation in human cells leads to changes in the activation of PI3K/β-catenin signalling pathway, in level of telomerase activity, transcription of telomerase subunits and TERRA molecules, length and integrity of telomeres. Our results showed a significant contribution of HMGB1 protein to the maintenance of telomeric stability and different function of HMGB2 protein in telomeric biology. Our finding on differential roles of HMGB1 and HMGB2 proteins in regulation of telomerase activity may suggest another possible outcome of HMGB1 targeting in cells, which is currently a promising approach aiming at increasing the anticancer activity of cytotoxic agents.

Kľúčové slová

HMGB1, HMGB2, DNA chaperon, embryonální kmenové buňky, neuroektodermální buňky, telomeráza, telomery

Jazyk práce: Czech

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 21. 8. 2019

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 27. 9. 2019
• Vedúci: RNDr. Michal Štros, DrSc.
• Oponent: prof. RNDr. Jiří Fajkus, CSc., doc. RNDr. Oldřich Vrána, CSc.

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / odbor:
Molecular and Cell Biology and Genetics / Molecular and Cell Biology and Genetics