Protein-DNA interactions involved in regulation of telomere maintenance

Mgr. Michal Zimmermann, Ph.D.

Doctoral thesis

Abstract:

Tato práce se zaměřuje na popis vybraných biomolekulárních interakcí, které ovlivňují funkci nukleoproteinových struktur na koncích chromozómů – telomer. Úvodní kapitola v teoretické rovině odpovídá na základní otázky, proč je nutné udržovat správnou délku telomer a chránit konce chromozómů před mechanismy oprav DNA. Úvodní část zároveň shrnuje současné poznatky o tom, jak se proteiny, které vážou telomerovou DNA, podílejí na ochranné funkci telomer. Experimentální část práce se nejprve věnuje roli telomerového proteinu TRF1 během semikonzervativní replikace telomer. Uvedené výsledky dokazují, že protein TRF1 interaguje s helikázou BLM a že tato interakce je důležitá pro správnou replikaci telomer. Práce se dále zabývá nežádoucími opravnými mechanizmy na těch koncích chromozómů, které ztratily svou ochrannou funkci. Konkrétně je dokázáno, že protein Rif1 se váže na dysfunkční telomery, přičemž k této vazbě vyžaduje přítomnost proteinu 53BP1. Rif1 zabraňuje nukleázám v degradaci nechráněných konců chromozómů a účastní se procesu fúze těchto dysfunkčních telomer. Zároveň je popsáno, jakým způsobem nově objevené funkce proteinu Rif1 ovlivňují volbu mezi různými mechanizmy oprav dvojřetězcových zlomů v DNA. V závěrečné kapitole je diskutováno využití měření anizotropie fluorescence ke studiu interakcí nukleových kyselin a proteinů, které zajišťují integritu genetické informace. Metoda anizotropie fluorescence je demonstrována na příkladech vazby proteinů TRF1 a TRF2 na telomerovou DNA a vazby enzymu ADAR2 na dvojřetězcovou RNA.

Abstract:

This thesis explores the involvement of various biomolecular interactions in the function of telomeres – nucleoprotein structures that cap the natural chromosome ends. First, a theoretical background explaining the need for protection and maintenance of chromosome ends is given, together with a summary of the known mechanisms using which telomere-binding proteins establish end-protection and maintenance. As next, the role of the telomere-binding protein TRF1 in semiconservative replication of telomeres is investigated. TRF1 is shown here to interact with the BLM helicase and the importance of this interaction in promoting telomere replication is demonstrated. Third, the mechanisms of illicit DNA repair at dysfunctional telomeres are examined. It is shown that the general DNA repair factor 53BP1 recruits Rif1 to block end resection and promote end joining of deprotected telomeres, and that these functions of Rif1 play an important role in the choice between different double strand break repair pathways. Finally, the use of fluorescence anisotropy to study DNA and RNA binding of telomeric proteins and other proteins involved in the integrity of the genetic information is discussed.

Keywords

Telomery, Opravy DNA, Shelterin, TRF1, TRF2, 53BP1, Rif1, Nehomologní spojování konců, Homologní rekombinace, Interakce protein-DNA, Telomere, DNA repair, Nonhomologous end joining, Homologous recombination, Protein-DNA interactions

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 6. 11. 2013

Thesis defence

• Date of defence: 17. 12. 2013
• Supervisor: doc. Mgr. Ctirad Hofr, Ph.D.
• Reader: prof. RNDr. Ľubomír Tomáška, DrSc., MUDr. Zdeněk Hodný, CSc.

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Biochemistry (4-years) / Genomics and Proteomics