X-ray repair cross-complementing protein 1 associated multiprotein complexes in base excision repair

Abstract

XRCC1 assoierte multiproteinkomplekser i base eksisjonsreparasjon

Arvestoffet (DNA) degraderes konstant av ytre faktorer, som stråling og kjemikalier, og indre faktorer, som produkter av metabolismen. Slik degradering ødelegger informasjonen som ligger i DNA, og kan derfor være toksisk for cellene og mutagent under replikasjon. Sannsynligheten for mutasjon er likevel ekstremt lav fordi DNAets integritet opprettholdes ved en lang rekke reparasjonsmekanismer. Disse involverer mange enzymer, struktur- og regulatoriske proteiner, med overlappende roller. Feil eller mangelfull reparasjon er drivkraften bak utviklingen av alderdomsrelaterte sykdommer og kreft, men er samtidig grunnlaget for genetisk variasjon og dermed for evolusjon.

Vårt arbeid har fokusert på sporet for DNA-reparasjon av skade på nukleinsyrer (byggestenene i DNA) og enkeltrådbrudd, det vil si baseeksisjonsreparasjon (BER). Forenklet foregår BER over fire steg: 1. Den skadede nukleinsyren fjernes. 2. Et trådbrudd introduseres i DNAets ryggrad. 3. Syntese av en eller flere nukleinsyrer. 4. Endene på hver sin side av trådbruddet kobles. Selv om BER kan reproduseres med kun fire enzymer i et reagensglass, er mer enn tjue andre kjente proteiner involvert. Ett av disse, XRCC1, har ingen enzymatisk aktivitet, men fungerer som et regulerende og organiserende protein gjennom interaksjon med flere av BER-proteinene som samlet bidrar til alle stegene.

Vi viser at XRCC1 fungerer som et stativ som samler en rekke BER-proteiner til store kompleks av varierende innhold. Disse BER-kompleksene interagerer med cellens replikasjonsmaskineri. Et av BER-enzymene, UNG2, interagerer direkte med XRCC1. Resultatene bekrefter hypotesen om at BER er tett knyttet til replikasjon, og avkrefter at BER drives frem av enzymers suksessive interaksjon med XRCC1 (paper 1). Sammensetningen av XRCC1-kompleksene varierer avhengig av type eller mengde skade som påføres DNA. De utvides til å inkludere proteiner involvert i replikasjon og BER-syntese av flere nukleinsyrer. Vi avkrefter hypotesen om at XRCC1-komplekser kun kan gjennomføre den underkategori av BER som syntetiserer en enkel nukleinsyre før sammenkoblingen av trådbruddet (paper 2).

Ulike deler av XRCC1-proteinet, som er 633 aminosyrer langt, bidrar til BER. Vi viser at den sentrale regionen mellom aminosyrene 315 og 403 er nødvendig for XRCC1s evne til å samles ved DNA-skader. Regionen mellom aminosyrene 166 og 311 er med på å bestemme utstrekningen av akkumulasjonen. Vi avkrefter at XRCC1-rekruttering er avhengig av poly(ADP)ribosylering. XRCC1s bidrag til BER av metyleringsskader er ikke avhengig av dens tette interaksjon med DNA-polymerase beta og ligase 3, og regionen som interagerer med det sentrale replikasjonsorganiserende proteinet PCNA er ikke nødvendig for XRCC1-rekruttering til replikasjonsmaskineriet. De vanligste mutasjonene av XRCC1 kan føre til svekket rekruttering av XRCC1-komplekser til DNA-skader (paper 3). XRCC1s akkumulasjon til UV-induserte DNA-skader blir regulert av et signalsporet som involverer p38 mitogen aktivert kinase (MAPK). p38 MAPK er et kjent stressresponsspor for bl.a. UV-stråling og inflammasjon. Våre resultater er de første observasjonene av at dette signalssporet kan påvirke et DNAreparasjonsspor (paper 4).

Resultatene bidrar til kunnskapen om hvordan BER organiseres og reguleres, og BER er ett av mange spor man forsøker å påvirke ved behandling av kreft. Målrettet dysregulering av slike spor har potensial for å forbedre effekten av cellegift. Våre resultater viser at å hemme poly(ADP)ribosylering ikke nødvendigvis vil ha forventet effekt på BER. Ett av de signalsporene man ønsker å påvirke for behandling av kroniske inflammasjons-sykdommer, p38 MAPK sporet, kan også påvirke BER. Selv små endringer i balansen av reguleringen av XRCC1-rekruttering kan ha betydelige effekt når en hel organisme påvirkes over lang tid.