Regulace G1 fáze v myších embryonálních kmenových buňkách v kontextu poškození DNA a sebeobnovy

Zuzana Koledová

Doctoral thesis

G1 Phase Regulation in Mouse Embryonic Stem Cells in the Context of DNA Damage and Self-renewal

Abstract:

Mouse embryonic stem cells (mESCs) have been known for their special cell cycle characteristics, including rapid cell cycle progression, a very short G1 phase and lack of G1 arrest after DNA damage, for years. However, the mechanisms driving mESC cycle, underlying G1 checkpoint non-functionality and their relationship to mESC self-renewal have been poorly understood. In this thesis, the results of our studies are presented, which both point to the high CDK2 activity to be crucial in regulation of mESC-specific cell cycle, rapid G1 phase progression and G1 escape after DNA damage, as well as in the machinery, which establishes self-renewal in mESCs. Downregulation of CDK2 activity induces increase in G1 phase cell number, establishes somatic cell-like cell cycle and induces morphology changes and expression of genes associated with differentiation. Also, our model of G1 checkpoint non-functionality, based on ESC-specific localization and cellular compartmentalization of checkpoint and cell cycle regulatory proteins, is presented. We propose that mESCs do not stop in G1 phase after DNA damage due to centrosomal CDK2, which escapes from activated G1 checkpoints pathways and drives G1-S transition even in the conditions of DNA damage. Furthermore, we uncover a new mechanism of CDC25A regulation in response to DNA damage, which is governed by GSK-3b. Finally, we propose a role for centrosomes in cell fate decisions in mESCs

Abstract:

Myšie embryonálne kmeˇnové (mEK) bunky vynikajú unikátnym bunkovým cyklom, ktorý sa vyznaˇcuje vysokou rýchlost?ou, vel?mi krátkou fázou G1 a nefunkˇcným G1-kontrolným bodom. V tejto práci prezentujem výsledky našich štúdií, ktoré mali za ciel? odhalit? mechanizmy stojace za týmito jedineˇcnými charakteristikami bunkového cyklu mEK buniek. Obe štúdie poukazujú na centrálnu úlohu CDK2, ktorej vysoká aktivita je kritická pre rýchlu progresiu bunkovým cyklom, krátku fázu G1 a rýchly únik z G1 fázy po poškodení DNA, ako aj pre sebaobnovu mEK buniek. Downregulácia aktivity CDK2 zvyšuje poˇcet buniek vo fáze G1, nastol?uje bunkový cuklus podobný bunkovému cyklu somatických buniek a indukuje zmeny morfológie a expresiu génov asociovaných s diferenciáciou. Prezentovaný je aj náš model nefunkˇcnosti G1-kontrolného bodu, ktorý sa zakladá na bunkovej kompartmentalizácii a špecifickej lokalizácii proteínov kontrolného bodu a bunkového cyklu v mEK bunkách. Tento model navrhuje, že mEK bunky sa nezastavujú v G1 po poškodení DNA kvôli centrozomálne lokalizovanej CDK2, ktorá uniká regulácii aktivovaným G1-kontrolným bodom a poháˇna prechod z fázy G1 do fázy S aj v podmienkach poškodenia DNA. Naviac odhal?ujeme i nový mechanizmus regulácie CDC25A v odpovedi na poškodenie DNA prostredníctvom GSK-3b. Vychádzajúc z našich pozorovaní navrhujeme možnú úlohu centrozómov v osudových rozhodnutiach mEK buniek

Keywords

CDK2, cell cycle, centrosome, DNA damage, embryonic stem cells, G1 checkpoint, G1 phase, irradiation, olomoucine II, self-renewal, signal transduction

Keywords

CDK2, bunkový cyklus, centrozóm, poškodenie DNA, embryonálne kmeňové bunky, G1 kontrolný bod, G1 fáza, ožiarenie, olomoucín II, sebaobnova, prenos signálu

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 8. 4. 2010

Thesis defence

• Date of defence: 9. 8. 2010

Univerzita Palackého

Lékařská fakulta

Doctoral programme / field:
Lékařská biologie / Lékařská biologie