Molecular Mechanisms Regulating DNA Replication – Mgr. Zuzana MACHAČOVÁ

Abstract:

Tato disertační práce se zaměřuje na roli DNA polymerázy -primázy (komplex POLA) v buněčné odpovědi na inhibitory poly(ADP-ribózy) polymerázy (PARPi), které představují významnou třídu léčiv v terapii rakoviny. Ačkoli je známo, že PARPi vyvolávají replikační stres a poškození DNA, mechanismus, kterým dochází k urychlení průběhu replikace nebyl dosud plně objasněn. Tato práce identifikuje komplex POLA jako klíčový faktor, jenž zprostředkovává zrychlení replikačních vidlic indukované PARPi. Bylo prokázáno, že primární buněčnou reakcí na léčbu PARPi je zvýšení rychlosti replikačních vidlic, následované sekundárním snížením aktivity replikačních počátků. Systémovým umlčením genů všech lidských DNA polymeráz pomocí siRNA byl komplex POLA jednoznačně identifikován jako nezbytný pro tento proces, přičemž jeho primázová i polymerázová aktivita jsou klíčové. Deplece POLA1, katalytické podjednotky komplexu POLA, vedla k výraznému nárůstu jednovláknových mezer v DNA u buněk ošetřených PARPi a současně zvýšila jejich citlivost na tyto inhibitory, zejména u buněk s deficitem BRCA1. Dále bylo zjištěno, že buňky deficientní pro BRCA1 jsou vysoce citlivé i na samotnou inhibici POLA1, což naznačuje syntetickou letalitu a otevírá tak nové terapeutické možnosti. Výsledky této disertace přinášejí nové mechanistické poznatky o působení PARPi, odhalují aktivitu komplexu POLA jako zásadní regulátor dynamiky replikace při léčbě PARPi a navrhují POLA1 jako potenciální terapeutický cíl, zejména u nádorů s deficitem BRCA1. …víceméně

Abstract:

This dissertation is focused on the role of DNA polymerase -primase (POLA complex) in the cellular response to poly(ADP-ribose) polymerase inhibitors (PARPi), a class of drugs widely used in cancer therapy. Although PARPi have proven effective in inducing replication stress and DNA damage, the mechanism by which they accelerate replication fork progression has remained unclear. This thesis describes POLA complex as a critical factor driving PARPi-induced replication fork acceleration. It was revealed that the primary response to PARPi treatment is replication fork acceleration, followed by a subsequent reduction in origin activity. Using systematic siRNA depletion of all human DNA polymerases, POLA was identified as uniquely required for this process, relying on both its primase and polymerase activities. Furthermore, depletion POLA1, the catalytic subunit of POLA complex, led to increased accumulation of single-stranded DNA gaps in PARPi-treated cells and significantly enhanced their sensitivity to PARPi, particularly in BRCA1-deficient backgrounds. Importantly, this study also shows that BRCA1-deficient cells are more susceptible to POLA1 inhibition alone, suggesting synthetic lethality and a potential therapeutic window. Collectively, the results presented in this thesis provide novel mechanistic insights into PARPi action, identify POLA complex activity as a key modulator of replication fork dynamics upon PARPi treatment, and propose POLA1 as a potential therapeutic target, especially in BRCA1-deficient tumours. …víceméně