DNA repair protein complexes, functionality and significance for repair efficiency and cell survival

Abstract

DNA‐reparasjons‐protein‐komplekser, funksjonalitet og signifikans for reparasjonseffektivitet og skadetoleranse

All informasjon om en organisme er lagret i vår arvestoff, DNA. DNA er et relativt ustabilt makromolekyl som konstant blir utsatt for farer som truer dets integritet, både fra omgivelsene og fra kjemiske prosesser inne i selve cellen. I tillegg kan baser spontant bli mistet uten noe form for påvirkning. Selve kopieringen av DNA, den såkalte DNA-replikasjonen er svært rask og er en kritisk prosess i cellen hvor mye kan gå galt. I tillegg kan ureparerte DNA-skader ved replikasjonen foreviges i form av mutasjoner. Mutasjoner i gener som koder for proteiner som regulerer cellens vekst og død kan resultere i ukontrollert cellevekst og dermed kreft. En av cellens strategier for å sikre effektiv og trygg replikasjon og reparasjon av DNA’et er å samarbeide ved å danne proteinkomplekser, hvorav PCNA ofte spiller en sentral rolle. PCNA sitter som en homotrimerisk ring rundt DNA-tråden som replikeres, og fungerer som en plattform for binding av mange proteiner. I tillegg til binding av DNA-replikasjonsproteiner, bindes også mange DNA-reparasjonsproteiner til PCNA, og sørger for effektiv reparasjon av skadet DNA både før og etter selve replikasjonen. I tillegg er PCNA involvert i DNA-syntese ved reparasjon som ikke er assosiert med replikasjon.

I 1998 ble det funnet et motiv (en peptid-sekvens) som er ansvarlig for at mange proteiner bindes til PCNA, kalt PCNA Interacting Peptide (PIP). I artikkel 1 fant vi ved hjelp av blant annet fluorescerende proteiner og konfokal mikroskopi et nytt motiv som er viktig for proteiners binding til PCNA. Dette motivet fant vi først i det direkte alkyleringsreparasjons-proteinet; human AlkB homologue 2 og derfor kalte vi motivet AlkB homologue 2 PCNA Interacting Motif (APIM). I denne artikkelen verifiserer vi et funksjonelt APIM motiv i fem proteiner og viser at over-uttrykk av dette motivet gjør celler mer sensitive for alkylerende skade. Dette tyder på at overuttykk av APIM hemmer bindingen mellom APIM-inneholdende DNA reparasjons-proteiner og PCNA slik at de ikke reparerer DNA-skadene optimalt.

I samme artikkel viser vi også at APIM er konservert i mer enn 200 proteiner, blant annet i nukleotideeksisjonsreparasjons (NER) proteinet Xeroderma Pigmentosum group A (XPA), og i artikkel 2 verifiserer vi at APIM også er et funksjonelt PCNA bindende motiv i XPA. Vi viser og at overuttrykk av APIM-peptidet gjør celler mer sensitive for skade fra UV-lys, en type DNA-skade som hovedsakelig blir reparert av NER. I tillegg finner vi bevis som støtter at det er redusert funksjon av XPA som er årsak til at cellene er mer UV-sensitive ved overuttrykk av APIM, antagelig pga. svekket binding til PCNA.

I artikkel 3 ser vi nærmere på baseeksisjonsreparasjons- og singeltrådbruddsreparasjons-proteinet XRCC1. Dette er i likhet med PCNA og XPA et protein uten enzymatisk funksjon, men med mange bindingspartnere, blant annet PCNA. Hvilken del av XRCC1 som er viktig for dens funksjon i cella er derimot ikke helt klarlagt, noe vi undersøker nærmere i denne artikkelen. Det viser seg at den delen av XRCC1 som har evnen til å binde PCNA og alkyleringsreparasjons-proteinet MPG er den eneste XRCC1 mutanten som kan stimulere reparasjon av alkyleringsskader, noe som igjen bekrefter viktigheten av å binde seg til PCNA.

Oppsummert tar dette arbeidet for seg hvordan DNA-reparasjonsproteiner binder seg til hverandre og PCNA, og hvordan dette påvirker evnen til å reparere DNA og dermed tåle DNA-skade.