Role of p53 in the early phase DNA repair: Mechanism and its correlation with the function of the 53BP1 protein

Paolo Fagherazzi, Ph.D.

Doctoral thesis

Abstract:

Nádorový supresor p53 je bezpochyby jedním z nejstudovanějších a nejznámějších proteinů v oblasti nádorové biologie, a to s více než 40 lety aktivního výzkumu. Obrovské množství prací tak značně objasnilo funkční aspekty a zapojení tohoto faktoru do sítě několika signálních drah, často přebírajících nekonvenční úlohu tohoto proteinu, bez ohledu na jeho transkripční aktivitu. Mezi funkce proteinu p53 může být zařazena i jeho účast v procesech souvisejících s opravou DNA, což bylo prokázáno mnoha biochemickými studiemi a nedávnými důkazy, které připisují proteinu p53 aktivní roli nejen při rozeznávání poškozené DNA, ale také v procesu opravy poškozeného genomu. Cílem této práce je upozornit na potenciální úlohu proteinu p53 při shromažďování a aktivitě proteinu 53BP1, který je součástí nehomologního spojování konců (NHEJ mechanismus). V práci byl rovněž kladen důraz na výběr hotspot mutací genu TP53, které se často vyskytují u závažných lidských malignit. Cílem práce bylo vysvětlit rozdíly mezi těmito mutanty, pokud jde o reakce na poškození DNA a rozvoj nestability genomu, která se projevuje zvýšenou schopností přežívání. Kromě toho bylo studium mechanismů oprav DNA rozšířeno o analýzu dalších klíčových faktorů, jako je protein RIF1 a jeho úloha v mechanismu NHEJ a nebo proteiny BRCA1 a RAD51, které se uplatňují v opravách DNA pomoci homologní rekombinace (HR). Vzhledem k obrovské převaze aktivace opravné dráhy NHEJ v průběhu buněčného cyklu, včetně reakce na radioterapii a chemoterapii, pochopení úlohy p53 v tomto kontextu a zejména toho, jak mutace v proteinu ovlivňují tuto odpověď, je zásadní pro budoucí terapeutické postupy. Část výsledků navíc obsahuje data získaná v rámci zahraničního pobytu, kde byla zkoumána potenciální úloha circRNA v procesu tak zvané class-switch rekombinace (izotypový přesmyk).

Abstract:

The tumor suppressor p53 is, without doubt, one of the most studied and well-known proteins in the field of life science, boasting over 40 years of active research. Thus, a huge body of work has considerably broadened the functional spectrum and the involvement of this factor in the network of several pathways, often assuming unconventional roles characterized as being independent of any transcriptional activity. Among these, participation in DNA repair-related activities has been proven by early biochemical studies and by recent evidence that would confer on p53 an active role not only in sensing DNA damage but also in the contribution of the repair pathway choice. The focus of this thesis is to highlight a potential role for p53 in the recruitment and activity of the NHEJ-mediator 53BP1. Also, the emphasis goes on a selection of p53 hotspot mutations that are frequently found in many serious human malignancies; the idea was to shed light on the differences between these mutants in terms of impairment of DNA damage response mechanisms and development of genetic instability that translate into an increased ability to thrive. In addition, the picture of the DDR response was broadened by including in the investigation other key DNA repair factors, such as RIF1, for the exploitation of the NHEJ mechanism and/or BRCA1 and RAD51 for the HR repair pathway. Because of the huge prevalence of NHEJ activation throughout the cell cycle, also in response to radiotherapy and chemotherapy understanding a role for p53 in this context and particularly how mutations in the protein impact this response is fundamental for future therapeutical perspectives. Moreover, part of the results include data obtained during the fellowship in abroad, where the potential role of circRNAs in the process of class-switch recombination was studied.

Keywords

p53, 53BP1 γH2AX, mechanismus odpovědi na poškození DNA, oprava DNA, dvouřetězcový zlom nehomologické spájení konců, homologní rekombinace, nekanonické funkce p53, Obnova fluorescence po Photobleaching, radiační zátěž, circRNAs, 53BP1, γH2AX, DNA damage response, DNA repair, DNA double-strand break, non- homologous end-joining, homologous recombination, p53 non-canonical functions, Fluorescence Recovery After Photobleaching, radiation exposure, circRNAs.

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 11. 7. 2023

Thesis defence

• Date of defence: 29. 9. 2023
• Supervisor: doc. RNDr. Eva Bártová, Ph.D.
• Reader: doc. RNDr. Radek Šachl, Ph.D., Philip John Coates, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

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