Structural and functional characterization of the interaction between RNA polymerase II and the BRCA1-BARD1 complex

Mgr. Veronika Klápšťová, Ph.D.

Disertační práce

Anotace:

Transkripce sdílí svůj substrát, DNA, s dalšími buněčnými procesy, jako jsou opravy DNA a replikace. Přestože je komunikace mezi těmito procesy zásadní pro zachování genomové integrity, základní principy této komunikace zůstávají doposud nepochopeny. Jedním z faktorů, které zprostředkovávají komunikaci mezi těmito procesy, by mohl být BRCA1-BARD1 komplex, jenž hraje významnou roli v odpovědi na poškození DNA v buňkách. Tento komplex se podílí na více aspektech opravy dvouvláknových zlomů v DNA, ochraně zastavených replikačních vidlic a prevenci konfliktů mezi transkripci a replikací. Data publikovaná v odborné literatuře navíc ukazují, že BRCA1-BARD1 komplex interaguje s RNA polymerázou II (RNAPII), avšak funkční význam této interakce zůstává nejasný. Tato disertační práce se zaměřuje na charakterizaci interakcí mezi BRCA1-BARD1 komplexem, RNAPII a chromatinem, přičemž zvláštní důraz klade na interakci mezi BRCA1-BARD1 a RNAPII. Studie popisuje přípravu klíčových složek nezbytných pro rekonstrukci komplexu složeného z BRCA1-BARD1, RNAPII a nukleozomu. Práce dále objasňuje molekulární mechanismus interakce mezi BRCA1-BARD1 komplexem a RNAPII a navrhuje možné biologické funkce této interakce. Data prezentovaná v této práci ukazují, že BRCA1-BARD1 komplex přímo interaguje s RNAPII, a to prostřednictvím interakce BRCT domén v BRCA1 a BARD1 s fosforylovanou C-terminální doménou (CTD) RNAPII. Tato interakce je klíčová pro organizaci RNAPII do kondenzátů s vlastnostmi podobnými kapalinám. Navazující analýza variant BRCT domén spojených s onemocněním navíc potvrzuje biologickou relevanci této kondenzace. Naše výsledky naznačují, že BRCA1-BARD1 může hrát roli v komunikaci mezi transkripcí a mechanismy zajišťujícími opravy DNA a zprostředkovávat jejich vzájemnou koordinaci. Tvorba kondenzátů s vlastnostmi podobnými kapalinám by mohla být jedním z mechanismů, kterým BRCA1-BARD1 tuto regulační funkci zajišťuje. Poznatky prezentované v této práci poskytují základ pro budoucí výzkum zaměřený na detailní pochopení role BRCA1-BARD1 v regulaci interakcí mezi transkripcí, replikací a opravami DNA, a na objasnění významu tvorby transkripčně asociovaných kondenzátů v tomto procesu.

Abstract:

Transcription competes with other DNA-dependent processes, such as DNA repair and replication, for access to its substrate, DNA. However, the principles governing the interplay between these processes remain poorly understood. Evidence suggests that the BRCA1-BARD1 complex, a key player in the DNA damage response, may act as a mediator of this crosstalk. The BRCA1-BARD1 complex is involved in multiple aspects of double-strand break (DSB) repair, protection of stalled replication forks, and the prevention of transcription-replication conflicts. Notably, BRCA1-BARD1 has been reported to interact with RNA polymerase II (RNAPII), yet the functional significance of this interaction remains unclear. This thesis investigates the molecular crosstalk between the BRCA1-BARD1 complex, RNAPII, and chromatin, with a particular focus on its interaction with RNAPII. The study describes the preparation of key components necessary for reconstituting a complex comprising BRCA1-BARD1, RNAPII, and the nucleosome. Furthermore, it elucidates the molecular mechanism underlying the BRCA1-BARD1–RNAPII interaction and its functional implications. The findings presented here demonstrate that BRCA1-BARD1 directly interacts with RNAPII through the binding of its BRCT domains to the phosphorylated C-terminal domain (CTD) of RNAPII. Moreover, this interaction is critical for the organization of RNAPII into condensates with liquid-like properties. Analysis of disease-associated variants within the BRCT repeats further supports the biological relevance of this condensation process. Collectively, these findings suggest that BRCA1-BARD1 may function as a molecular bridge between transcription and DNA repair pathways, facilitating crosstalk between these processes at sites of DNA damage and transcription-replication conflicts. The formation of liquid-like condensates may represent the underlying mechanism through which BRCA1-BARD1 mediates this crucial role. The structural and functional insights provided here lay a foundation for future research aimed at understanding how BRCA1-BARD1 regulates the interplay between transcription and DNA repair, as well as the role of transcription-associated condensate formation in this regulation.

Keywords

BRCA1, BARD1, BRCT doména, opravy DNA, transkripce, RNA polymeráza II, kondenzáty, fázová separace BRCA1, BRCT domain, DNA repair, transcription, RNA polymerase II, condensates, phase separation

Jazyk práce: angličtina

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 19. 2. 2025

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 3. 3. 2025
• Vedoucí: prof. Mgr. Richard Štefl, Ph.D.
• Oponent: Mgr. Hana Hanzlíková, Ph.D., Ing. Hana Cahová, Ph.D., Olga Jasnovidova, Ph.D.

Masarykova univerzita

Přírodovědecká fakulta

Doktorský studijní program / obor:
Vědy o živé přírodě / Vědy o živé přírodě