Epigenetické procesy během reparace DNA

Mgr. Alena Svobodová Kovaříková, Ph.D.

Doctoral thesis

Epigenetic Processes during DNA repair

Abstract:

Schopnost buňky rozpoznat a odstranit chyby v sekvenci DNA je jednou ze základních podmínek přežití každého organizmu. Během evoluce se vyvinuly různě složité a přísně řízené mechanismy opravy DNA, které buňky využívají ve stresových situacích. Narušení některého kroku z těchto fyziologických dějů může vést k rozvoji celé řady onemocnění. Nejen mnohé opravné proteiny, ale i epigenetické značky navázané na histonech, DNA a RNA regulují tyto složité procesy, souhrnně označené jako odpověď na poškození DNA (DDR). Význam epigenetiky pro tuto oblast výzkumu je obrovský, avšak konkrétní funkce epigenetických modifikací nejsou zcela objasněny, protože chromatin podléhá četným úpravám. Tato závěrečná práce přispívá k pochopení změn na úrovni chromatinu, ke kterým dochází při poškození DNA a při následné opravě. První část experimentální práce se věnuje histonovým modifikacím, především H3K9 trimetylaci a H4K20 trimetylaci, a jejich úloze v opravné dráze nehomologního spojování konců, NHEJ. V našich experimentech jsme prokázali vzájemnou interakci těchto histonových značek a stěžejního proteinu 53BP1. Navíc jsme pozorovali inhibiční vliv delece genu pro histonové metyltransferázy Suv39h1/h2 na utváření reparačních ohnisek proteinu 53BP1. Další část předkládané práce je zaměřená na rozdíly v metylaci DNA v souvislosti s disfunkcí enzymů Suv39h1/h2 a při poškození chromatinu. Ukázali jsme, že stres může v zasažené oblasti buněčného jádra vyvolat aktivní demetylaci DNA, doprovázenou tvorbou 5hmC a 5caC. Poslední část experimentální práce se zabývá distribucí vybraných posttranskripčních modifikací RNA (m6A, m1A, m3G/TMG) a jejich přítomností v místě poškození DNA. Zjistili jsme pozitivní korelaci mezi množstvím hypermetylovaného 6-adeninu v RNA a správnou funkcí metyltransferáz Suv39h1/h2 v místech lokálních lézí DNA. Navíc velice rychlá akumulace m6A RNA je během opravy DNA následována redukcí hladiny m3G/TMG v poškozeném chromatinu.

Abstract:

The ability to recognize and eliminate errors in the DNA sequence is one of the basic preconditions for the survival of each organism. In stress situations, cells take advantage of many complex and strictly regulated mechanisms developed during evolution. Malfunction of any step in these physiological processes may lead to a number of diseases. Not just proteins, but also epigenetic markers bound to proteins, DNA, and RNA, regulate these complex processes, collectively called DNA-damage response (DDR). The epigenetic impact on this research topic is huge. However, the impacts of specific epigenetic modifications are not yet clear because chromatin is subject to many modifications. This thesis contributes to our understanding of chromatin modifications appearing after DNA damage and its consequent repair. The first part of my experimental work is focused on histone modifications, especially H3K9 trimethylation and H4K20 trimethylation, and their role in nonhomologous end-joining (NHEJ) repair pathway. In our experiments, we provided evidence for a mutual interaction between these histone marks and the 53BP1 oncoprotein. Furthermore, the influence of the Suv39h1/h2 (major histone H3K9 methyltransferases) depletion on the formation of repair foci consisting of 53BP1 was observed in Suv39h1/h2 knock out cells. The second part of this thesis is focused on the relationship between DNA methylation at cytosine residues and dysfunction of Suv39h1/h2 enzymes. We have shown that stress may cause active DNA demethylation, accompanied by increased levels of 5hmC and 5caC in the cell nucleus. The last part of the experimental work deals with the role of certain posttranscriptional modifications of RNA (m6A, m1A, m3G/TMG) in DNA repair processes. We observed a reduction of m6A (position 6 of a purine cycle of adenine) RNA levels in local DNA lesions in Suv39h1/h2 deficient cells. Finally, we also observed that fast accumulation of m6A RNA during DNA repair processes was followed by depletion of m3G/TMG level in damaged chromatin

Keywords

Oprava DNA, epigenetika, chromatin, histony, metyltransferázy, Suv39h1/h2, H4K20me3, H3K9me3, HP1β, Dnmt1, m6A, 5mC, 5hmC, 5caC, METL3, METL14. DNA repair, epigenetics, histones, methyltransferases, METTL3, METTL14

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 4. 9. 2019

Thesis defence

• Date of defence: 25. 10. 2019
• Supervisor: doc. RNDr. Eva Bártová, Ph.D.
• Reader: doc. RNDr. Dušan Cmarko, Ph.D., prof. RNDr. Boris Vyskot, DrSc.

Masaryk University

Faculty of Science

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