Mutagênese induzida por flavonóides presentes do decocto das cascas da aroeira (Schinus terebinthifolius, Raddi)

The decoction of Brazilian pepper tree barks (Schinus terebinthifolius, Raddi), is used in medicine as wound healing and antiinflamatory. Once extracts from this plant are used for acceleration of scar s process, it is important to study their mutagenic and genotoxic potential. In previous works in our laboratory, it was observed mutagenicity caused by the decoction when in high concentrations. Among the chemical compounds of this plant that could be able to induce mutation, the flavonoids were the only group that was referred to have either an oxidant or antioxidant potential. The flavonoids were isolated, purified and quantified by adsorptive column chromatography under silica gel, bacterial and in vitro genotoxic tests were realized to determine if the flavonoids were the responsible agents for this mutagenicity found. The tests realized with plasmidial DNA were indicative that the flavonoids are probably genotoxic, due to the presence of correlation between increase of the flavonoid concentration and in plasmidial DNA double strand breakage visualized in agarose gel, as well as they were capable to generated abasic sites shown by the in vitro treatment with exonuclease III. The same tests with plasmidial DNA in the presence of copper [10 µM] and of a Tris-HCl pH 7.5 [10 µM] buffer were realized with the isolated flavonoids to determine if there would be or not participation of reactive oxygen species (ROS). The transformation of plasmidial DNA in different bacterial strains proficient and deficient in DNA repair enzymes in the presence or not of a Tris-HCl buffer, suggests that the enzymes that repair oxidative lesions are necessary to repair the lesions generated by the flavonoids and that ROS are generated and are necessary to promote the lesions. Bacterial tests with Escherichia coli strains of the CC collection (deficient or not for DNA repair enzymes), showed that the flavonoids are able to increase the frequency of mutations, mainly in strains mutated in repair enzymes (MutM, MutY-glicosylases and double mutant), suggesting that these agents are responsible for the enhancement in the mutation rate. In order to determine the mutation spectrum caused by the flavonoids of the Brazilian pepper tree stem bark, plasmidial DNA previously treated with the flavonoids were transformed in bacterial strains deficient and proficient in the DNA repair enzymes, followed by a blue-white selection with X-gal, DNA amplification by PCR and sequencing the positive mutant clones. Analysis of the mutants obtained from strains CC104, CC104mutM, CC104mutY, CC104mutMmutY, BW9101, BW9109 indicated a predominance of some mutations like G:C to C:G that can be correlated with the origin of 8-oxoG, due to oxidative lesions caused by the flavonoids. So it can concluded that the flavonoid isolated or in fractions enriched on them are genotoxic and mutagenic, and their mutations are predominantly oxidative, mediated by ROS, and the lesions are recognized by the BER system. In this way it is proposed that the flavonoids can act in two different ways to generate the DNA lesion: 1. in a Fenton-like reaction, when the flavonoid are in the presence of metal ions and that together with the water generate ROS that promotes the DNA lesions; 2. in another way the lesions can be generated by the formation of ROS due to the internal chemical structure of the flavonoid molecule due to the quantity and location of hydroxyl groups, and so producing the DNA lesions, those lesions can be directly (suggested by the in vitro experiments) or indirectly done (supported by the experiments using the CC bacterial strains)

Structural Basis of Importin-alpha-Mediated Nuclear Transport for Ku70 and Ku80

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Genotoxicity and mutagenicity of water contaminated with tannery effluents, as evaluated by the micronucleus test and comet assay using the fish Oreochromis niloticus and chromosome aberrations in onion root-tips

Cytotoxicity of metals is important because some metals are potential mutagens able to induce tumors in humans and experimental animals. Chromium can damage DNA in several ways, including DNA double strand breaks (DSBs) which generate chromosomal aberrations, micronucleus formation, sister chromatid exchange, formation of DNA adducts and alterations in DNA replication and transcription. In our study, water samples from three sites in the Córrego dos Bagres stream in the Franca municipality of the Brazilian state of São Paulo were subjected to the comet assay and micronucleus test using erythrocytes from the fish Oreochromis niloticus. Nuclear abnormalities of the erythrocytes included blebbed, notched and lobed nuclei, probably due to genotoxic chromium compounds. The greatest comet assay damage occurred with water from a chromium-containing tannery effluent discharge site, supporting the hypothesis that chromium residues can be genotoxic. The mutagenicity of the water samples was assessed using the onion root-tip cell assay, the most frequent chromosomal abnormalities observed being: c-metaphases, stick chromosome, chromosome breaks and losses, bridged anaphases, multipolar anaphases, and micronucleated and binucleated cells. Onion root-tip cell mutagenicity was highest for water samples containing the highest levels of chromium.

Modulation of HJURP (Holliday Junction-Recognizing Protein) Levels Is Correlated with Glioblastoma Cells Survival

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Telomere and Telomerase Biology

Telomeres are the physical ends of eukaryotic linear chromosomes. Telomeres form special structures that cap chromosome ends to prevent degradation by nucleolytic attack and to distinguish chromosome termini from DNA double-strand breaks. With few exceptions, telomeres are composed primarily of repetitive DNA associated with proteins that interact specifically with double- or single-stranded telomeric DNA or with each other, forming highly ordered and dynamic complexes involved in telomere maintenance and length regulation. In proliferative cells and unicellular organisms, telomeric DNA is replicated by the actions of telomerase, a specialized reverse transcriptase. In the absence of telomerase, some cells employ a recombination-based DNA replication pathway known as alternative lengthening of telomeres. However, mammalian somatic cells that naturally lack telomerase activity show telomere shortening with increasing age leading to cell cycle arrest and senescence. In another way, mutations or deletions of telomerase components can lead to inherited genetic disorders, and the depletion of telomeric proteins can elicit the action of distinct kinases-dependent DNA damage response, culminating in chromosomal abnormalities that are incompatible with life. In addition to the intricate network formed by the interrelationships among telomeric proteins, long noncoding RNAs that arise from subtelomeric regions, named telomeric repeat-containing RNA, are also implicated in telomerase regulation and telomere maintenance. The goal for the next years is to increase our knowledge about the mechanisms that regulate telomere homeostasis and the means by which their absence or defect can elicit telomere dysfunction, which generally results in gross genomic instability and genetic diseases.

Therapeutic Delivery of miR-200c Enhances Radiosensitivity in Lung Cancer

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Translocation capture sequencing: A method for high throughput mapping of chromosomal rearrangements

Chromosomal translocations require formation and joining of DNA double strand breaks (DSBs). These events disrupt the integrity of the genome and are involved in producing leukemias, lymphomas and sarcomas. Translocations are frequent, clonal and recurrent in mature B cell lymphomas, which bear a particularly high DNA damage burden by virtue of activation-induced cytidine deaminase (AID) expression. Despite the ubiquity of genomic rearrangements, the forces that underlie their genesis are not well understood. Here, we provide a detailed description of a new method for studying these events, translocation capture sequencing (TC-Seq). TC-Seq provides the means to document chromosomal rearrangements genome-wide in primary cells, and to discover recombination hotspots. Demonstrating its effectiveness, we successfully estimate the frequency of c-myc/IgH translocations in primary B cells, and identify hotspots of AID-mediated recombination. Furthermore. TC-Seq can be adapted to generate genome-wide rearrangement maps in any cell type and under any condition. (C) 2011 Elsevier B.V. All rights reserved.

Processing of O 6 - methylguanine in mammalian cells

DNA methylating compounds are widely used as anti-cancer chemotherapeutics. The pharmaceutical critical DNA lesion induced by these drugs is O6-methylguanine (O6MeG). O6MeG is highly mutagenic and genotoxic, by triggering apoptosis. Despite the potency of O6MeG to induce cell death, the mechanism of O6MeG induced toxicity is still poorly understood. Comparing the response of mouse fibroblasts wild-type (wt) and deficient for ataxia telangiectasia mutant protein (ATM), a kinase responsible for both the recognition and the signalling of DNA double-strand breaks (DSBs), it was shown that ATM deficient cells are more sensitive to the methylating agents N-methyl-N’-nitro-N-nitrosoguanidine (MNNG), methyl methansulfonate (MMS) and the anti-cancer drug temozolomide, in both colony formation and apoptosis assays. This clearly shows that DSBs are involved in O6MeG toxicity. By inactivating the O6MeG repair enzyme O6-methylguanine-DNA methyltransferase (MGMT) with the specific inhibitor O6-benzylguanine (O6BG), ATM wt and deficient cells became more sensitive to MNNG and MMS. The opposite effect was observed when over-expressing MGMT in ATM -/- cells. The results show that O6MeG is the critical DNA lesion causing death in ATM cells following MNNG treatment, and is partially responsible for the toxicity observed following MMS treatment. Furthermore, by inhibiting the ATM kinase activity with caffeine, it was shown that the resistance of wt cells to MNNG was due to the kinase activity of ATM, as wt cells underwent more apoptosis following methylating agent treatment in the presence of caffeine. Apoptosis and caspase-3 activation were late events, starting 48h after treatment. This lends support to the model where O6MeG lesions are converted into DSBs during replication. As ATM wt and deficient cells showed similar G2/M blockage and Chk1 activation following MNNG and MMS treatment, it was concluded that the protective effect of ATM is not due to cell cycle progression control. The hypersensitivity of ATM deficient cells was accompanied by their inability to activate the anti-apoptotic NFkB pathway. In a second part of this study, it was shown that the inflammatory cytokine IL-1 up-regulates the DNA repair gene apurinic endonuclease 2 (APEX2). Up-regulation of APEX2 occurred by transcriptional regulation as it was abrogated by actinomycin D. APEX2 mRNA accumulation was accompanied by increase in APEX2 protein level. IL-1 induced APEX2 expression as well as transfection of cells with APEX2 cDNA positively correlated with a decrease in apoptosis after treatment with genotoxic agents, particularly affecting cell death after H2O2. This indicates an involvement of APEX2 in the BER pathway in cells responding to IL-1.

Untersuchungen zum Mechanismus der Zytotoxizität von alkylierenden Agenzien in malignen Melanomzellen

Maligne Melanome sind gegenüber Chemotherapeutika relativ resistent. Das methylierende Alkylanz Temozolomid sowie das chlorethylierende und DNA-Interstrand Crosslink (ICL) bildende Alkylanz Fotemustin kommen bei der Behandlung des malignen Melanoms als Mittel erster Wahl zum Einsatz. In der vorliegenden Arbeit konnte das erste Mal nachgewiesen werden, dass die zytotoxische Wirkung von Temozolomid und Fotemustin in Melanomzellen durch Apoptose vermittelt wird. Unter Verwendung klinisch relevanter Dosen der beiden Alkylantien konnte die Induktion von Apoptose durch vier unabhängige Methoden (Bestimmung der SubG1-Fraktion und der Apoptose- / Nekrose-Frequenz, Aktivierung der Effektorcaspasen-3 und -7 sowie Spaltung von PARP-1) nachgewiesen werden. Die Alkylierungen an der O6-Position des Guanins, welche durch beide Agenzien induziert werden, sind auch in Melanomzellen die wichtigsten Zytotoxizität-bewirkenden Läsionen in der DNA, und die O6-Methylguanin-DNA-Methyltransferase (MGMT) ist folglich ein herausragender Resistenzmarker. Eine der verwendeten Zelllinien (D05) exprimierte p53-Wildtypprotein. Diese Zelllinie war resistenter als alle anderen Zelllinien gegenüber Temozolomid und Fotemustin. Dies weist darauf hin, dass p53 nicht die Apoptoseinduktion in Melanomzellen verstärkt. Die Prozessierung des O6MeG erfolgt über die Mismatch-Reparatur (MMR) unter Generierung von DNA-Doppelstrangbrüchen (DSBs). Die Untersuchung der durch Temozolomid induzierten DSBs, nachgewiesen durch gammaH2AX-Induktion, korrelierte direkt mit der apoptotischen Antwort von Melanomzelllinien und DSBs können somit als eine entscheidende apoptoseauslösende Größe angesehen werden. Eine Resistenz gegenüber dem methylierenden Temozolomid in der Zelllinie MZ7 konnte auf einen Defekt in der MMR-Schadenserkennung auf der Ebene des MutSalpha-Komplexes zurückgeführt werden. Dieser Defekt hatte keinen Einfluss auf die Fotemustin-vermittelte Apoptoseinduktion. Neben MGMT konnte somit die MMR als Resistenzfaktor gegenüber methylierenden Agenzien in Melanomen identifiziert werden. Die Fotemustin-induzierte Apoptose wurde in Melanomzelllinien im Detail untersucht. Es konnte erstmals gezeigt werden, dass Fotemustin-bedingte ICLs in Zellen einen G2/M-Arrest im Behandlungszyklus induzieren. Wie anhand G1-arretierter Zellen nachgewiesen werden konnte, war das Durchlaufen der DNA-Replikation vor Erreichen des Arrests für die Induktion der Apoptose notwendig. Die Prozessierung von ICLs ist im Vergleich zu Methylierungen der DNA deutlich komplexer. Dies könnte erklären, warum in Melanomzellen die durch gammaH2AX-Induktion repräsentierten DSBs nicht mit der Sensitivität der einzelnen Zelllinien korreliert. Die Untersuchung unterschiedlich sensitiver Zelllinien zeigte ein vergleichbares Schadensniveau an ICLs und eine ebenso vergleichbare initiale Prozessierung derselben unter Generierung von DSBs. Die Prozessierung dieser sekundären Läsionen, welche anhand der Abnahme von gammaH2AX-Foci untersucht wurde, war hingegen in der sensitiveren Melanomzelllinie deutlich weniger effektiv. Es konnte weiterhin nachgewiesen werden, dass eine uneffektive Prozessierung der sekundären Läsionen einhergeht mit einer verstärkten und länger anhaltenden Aktivierung der in der DSB-Detektion beteiligten Kinase ATM und der Checkpoint Kinase 1. Es wäre daher denkbar, dass eine verstärkte Aktivität dieser Kinasen proapoptotische Signale vermittelt. Unterschiede in der Prozessierung der sekundären Läsionen könnten somit ein wichtiger Marker der ICL-induzierten Apoptose darstellen. Des weitern konnte nachgewiesen werden, dass nach Fotemustingabe die mitochondrial-vermittelte Apoptose einen effektiven Exekutionsweg in Melanomen darstellt. Während Cytochrom C-Freigabe, Bcl-2-Abnahme an den Mitochondrien, Bax-Rekrutierung und Caspase-9 Aktivität nachgewiesen werden konnten, wurden keine Hinweise auf eine Fas-Rezeptor-vermittelte Apoptose gefunden. Die Unfähigkeit, Rezeptor-vermittelte Apoptose zu unterlaufen, könnte die Bedeutungslosigkeit des p53-Gens in Melanomen begründen, da gerade dieser Weg in der Alkylantien-induzierten Apoptose in anderen Zellsystemen eine große Relevanz besitzt. Bei der Suche nach einem alternativen proapoptotischen Signalweg konnten Hinweise für die Beteiligung des Rb/E2F-1-Wegs, welcher über p73 agiert, in einer p53-mutierten Melanomzelllinie gefunden werden. Einen Einfluss der Proteine Survivin und XIAP als Resistenzfaktoren auf die Fotemustin-induzierte Apoptose wurde hingegen nicht nachgewiesen.

Untersuchungen zum Einfluss von NBN, ATM und ATR auf die Alkylanzien-induzierte Toxizität

In der vorliegenden Arbeit wurde der Einfluss der DNA-Reparaturenzyme NBN, ATM und ATR, die wichtige Funktionen während der Reparatur von DNA-Doppelstrangbrüchen (DSBs) besitzen, auf die Alkylanzien-induzierte Toxizität untersucht. Dabei konnte gezeigt werden, dass verschiedene menschliche Zelllinien, welche eine Beeinträchtigung in einem dieser drei Gene aufweisen, eine erhöhte Sensitivität gegenüber N-Methyl-N'-Nitro-N-Nitrosoguanidin (MNNG) und dem Chemotherapeutikum Temozolomid (TMZ) zeigen. Da das DNA-Reparaturenzym MGMT die Zellen vor der Induktion des Zelltods schützt, kann geschlussfolgert werden, dass die Hypersensitivität der mutierten Zelllinien auf die O6-MeG-Läsion zurückzuführen ist. Es konnte gezeigt werden, dass Mutationen von NBN oder ATM nicht zu einer verminderten Kapazität der Basen-Exzisions-Reparatur (BER) führen. Somit ist die erhöhte Sensitivität der mutierten Zellen sehr wahrscheinlich auf eine verminderte Reparatur der DSBs zurückzuführen, welche durch die O6-MeG-Läsion induziert werden. Damit konnte NBN, ATM und ATR als neue Faktoren in der Abwehr gegen Alkylanzien-induzierte Toxizität identifiziert werden. Dies ist von großer klinischer Bedeutung, da einerseits die drei Proteine als therapeutisches Angriffsziel Bedeutung gewinnen und andererseits verschiedene Tumore, die in der Klinik mit alkylierenden Agenzien behandelt werden, Mutationen in diesen Genen tragen.rnrnWeiterhin wurde beobachtet, dass NBN- und ATM-defiziente Zellen nach Behandlung mit methylierenden Agenzien eine ungewöhnlich hohe Nekrose-Rate aufweisen. Es konnte gezeigt werden, dass diese unabhängig von einer PARP1-Aktivierung induziert wird. Dennoch wurde in den NBN- und ATM-mutierten Zelllinien im Gegensatz zum Wildtyp eine sehr starke Verminderung der ATP-Menge nach MNNG-Behandlung beobachtet. Diese wird durch das Fehlen einer effektiven Aktivierung der AMP-Kinase in diesen Zellen verursacht. Somit kann angenommen werden, dass die hohe Nekrose-Rate auf eine ATP-Depletion zurückzuführen ist, welche durch die nicht ausreichende AMP-Kinase-Aktivierung in diesen Zellen bedingt wird. Daher konnte NBN und ATM als Faktoren des zellulären Schutzes gerichtet gegen die Induktion der „programmierten Nekrose“ identifiziert werden. Dies ist ebenfalls von klinischer Bedeutung. Tragen Tumorzellen von Tumoren, welche mit methylierenden Agenzien behandelt werden, Mutationen in einem dieser Gene, so muss mit einer vermehrten Induktion von Nekrose und daher mit einer Stimulierung des Immunsystems während der Chemotherapie gerechnet werden. Dies wäre einerseits mit erhöhten Nebenwirkungen, die sich insbesondere durch Entzündungsreaktionen äußern, verbunden. Andererseits zeigen verschiedene Arbeiten, dass die Stimulation des Immunsystems durch sterbende Tumorzellen während der Chemotherapie die Tumorregression positiv beeinflussen kann.

Untersuchungen zum Einfluss des HMG-CoA-Reduktase-Inhibitors Lovastatin auf die Toxizität ionisierender Strahlung sowie des Anthrazyklinderivats Doxorubicin im Mausmodell

Hintergund: HMG-CoA-Reduktase-Inhibitoren (Statine) sind klinisch etablierte Cholesterinsenker. Über die Inhibition der intrinsischen Cholesterinbiosynthese hinaus zeigen sie sogenannte pleiotrope biologische Effekte. Ein Großteil dieser Wirkungen wird auf die Inhibition kleiner Ras homologer GTPasen (Rho GTPasen) zurückgeführt. In vitro schützt das Statinderivat Lovastatin (Lova) primäre humane Endothelzellen vor der Zytotoxizität von ionisierender Strahlung (IR) und dem Krebsmedikament Doxorubicin (Doxo). Zielsetzung: Die Relevanz dieser Befunde für ein in vivo Mausmodell sollte in der vorliegenden Arbeit überprüft werden. Dafür wurden BALB/c-Mäuse mit IR oder Doxo behandelt und der Einfluss einer Kobehandlung mit Lova auf verschiedene Toxizitätsendpunkte untersucht (24 h nach einer einzelnen hohen Dosis IR (i), 14 Tage nach zwei geringen Dosen IR (ii), 48 h nach einer einzelnen hohen Dosis Doxo (iii), sowie 8 Tage nach drei niedrigen Dosen Doxo (iv)). Eine mögliche gleichzeitige Protektion von Tumorzellen durch die Statingabe wurde in einem Xenotransplantationsexperiment überprüft (v), in dem das gleiche Behandlungsschema wie bei iv angewendet wurde. Ergebnisse: Es konnte gezeigt werden, dass eine Statinbehandlung Normalgewebe vor Doxo- und IR-induzierter Toxizität schützt, ohne gleichzeitig protektiv auf transformierte Zellen zu wirken. Dieser Effekt ist wahrscheinlich von einer Inhibition der kleinen GTPasen Rac1 und RhoA abhängig und einer daraus folgenden Modifizierung der DNA-Schadensantwort. i: Die Statinvorbehandlung der Mäuse hatte keinen Einfluss auf die Bildung von initialen IR-induzierten DNA-Doppelstrangbrüchen (DSB) in der Leber. Die Lova-Behandlung wirkte sich jedoch auf IR-induzierte Stressantworten aus, was sich in einer Minderung der Expression von Inflammations- und Fibrosesurrogatmarkern in Leber und Darm widerspiegelte. ii: In der Lunge der Tiere wurde ein Anstieg von molekularen Inflammations- und Fibrosesurrogatmarkern detektiert, der bei Statinkobehandlung ausblieb. Zudem verhinderte die Kobehandlung mit Lova eine IR-induzierte Abnahme der Thrombozytenzahl, ohne sich auf die durch IR verringerte Leukozytenzahl im Blut auszuwirken. iii: Die Verabreichung einer hohen Dosis Doxo induzierte DSB-Formation in der Leber. Die Statinvorbehandlung reduzierte deren Menge um ca. 50 %. Dieser genoprotektive Effekt war unabhängig von der Entstehung reaktiver Sauerstoffspezies sowie einer Änderung des Doxo-Imports oder Exports. Die Expression von proinflammatorischen und profibrotischen Genen fiel besonders in der Leber und im Herzen durch die Lova-Kobehandlung geringer aus, als in der nur mit Doxo behandelten Gruppe. Zudem verringerte Lova die durch Doxo induzierte Hochregulation von für den AP1-Komplex kodierenden Genen sowie von Zellzykluskontrollfaktoren. Die Lova-Vorbehandlung führte darüber hinaus im Herzen zu einem reduzierten mRNA-Spiegel der Topoisomerasen II α und β. iv: Es konnten schwere Herz- und Leberschäden detektiert werden (gemessen an Gldh-, Gpt- sowie cTn-I-Serumkonzentrationen), die bei einer Kobehandlung mit dem Statin nicht auftraten. Die Lova-Kobehandlung verhinderte außerdem eine durch die Doxo-Behandlung verringerte Leukozytenzahl. Molekulare Marker für frühe fibrotische Ereignisse, sowie für Inflammation und Hypertrophie waren in der Leber und im Herzen nach der Doxo-Behandlung erhöht. Das Statin war auch hier in der Lage, diese toxischen Wirkungen des Anthrazyklins zu mindern. Auch die Doxo-induzierte Expression von Surrogatmarkern für Zellantworten auf oxidativen Stress wurde in der Leber abgeschwächt. In der Leber und im Herzen wiesen die mit Doxo behandelten Tiere höhere mRNA Spiegel von an Zellzykluskontrolle beteiligten Faktoren sowie von DNA-Reparatur und Fremdstoffmetabolismus assoziierten Genen auf. Am stärksten wurde die Expression von Topoisomerase II alpha - ein molekularer Marker für Zellproliferation und bedeutsame Zielstruktur von Doxo - in der Leber hochreguliert. Die Statin-Kobehandlung verhinderte all diese Doxo-induzierten Expressionsänderungen. Im Gegensatz zur Leber wurde die Top2a-mRNA Menge im Herzen durch die Doxo-Applikation reduziert. Auch hier bewirkte die Kobehandlung mit dem Statin, dass die Expression nahe dem Kontrollniveau blieb. v: Die Kobehandlung mit Lova führte zu keinem Schutz der Tumorzellen vor Doxo, sondern erhöhte sogar dessen antineoplastisches Potential.rnFazit: Die Erkenntnisse aus vorhergegangenen in vitro Versuchen konnten zum großen Teil auf die in vivo Situation im Mausmodell übertragen werden. Sie stehen im Einklang mit Ergebnissen anderer Gruppen, welche die Inhibition kleiner GTPasen mit einer geringeren, durch zytotoxische Substanzen induzierten, Inflammation und Fibrose korrelieren konnten. Eine Kobehandlung mit Lova während einer Krebstherapie erscheint somit als vielversprechende Möglichkeit Doxo- oder IR-induzierte Nebenwirkungen auf Normalgewebe zu mildern.

Ctp1 and the MRN-complex are required for endonucleolytic Rec12 removal with release of a single class of oligonucleotides in fission yeast

DNA double-strand breaks (DSBs) are formed during meiosis by the action of the topoisomerase-like Spo11/Rec12 protein, which remains covalently bound to the 5' ends of the broken DNA. Spo11/Rec12 removal is required for resection and initiation of strand invasion for DSB repair. It was previously shown that budding yeast Spo11, the homolog of fission yeast Rec12, is removed from DNA by endonucleolytic cleavage. The release of two Spo11 bound oligonucleotide classes, heterogeneous in length, led to the conjecture of asymmetric cleavage. In fission yeast, we found only one class of oligonucleotides bound to Rec12 ranging in length from 17 to 27 nucleotides. Ctp1, Rad50, and the nuclease activity of Rad32, the fission yeast homolog of Mre11, are required for endonucleolytic Rec12 removal. Further, we detected no Rec12 removal in a rad50S mutant. However, strains with additional loss of components localizing to the linear elements, Hop1 or Mek1, showed some Rec12 removal, a restoration depending on Ctp1 and Rad32 nuclease activity. But, deletion of hop1 or mek1 did not suppress the phenotypes of ctp1Delta and the nuclease dead mutant (rad32-D65N). We discuss what consequences for subsequent repair a single class of Rec12-oligonucleotides may have during meiotic recombination in fission yeast in comparison to two classes of Spo11-oligonucleotides in budding yeast. Furthermore, we hypothesize on the participation of Hop1 and Mek1 in Rec12 removal.

Sarcoid-derived fibroblasts: links between genomic instability, energy metabolism and senescence.

Bovine papillomavirus 1 (BPV-1) is a well recognized etiopathogenetic factor in a cancer-like state in horses, namely equine sarcoid disease. Nevertheless, little is known about BPV-1-mediated cell transforming effects. It was shown that BPV-1 triggers genomic instability through DNA hypomethylation and oxidative stress. In the present study, we further characterized BPV-1-positive fibroblasts derived from sarcoid tumors. The focus was on cancer-like features of sarcoid-derived fibroblasts, including cell cycle perturbation, comprehensive DNA damage analysis, end-replication problem, energy metabolism and oncogene-induced premature senescence. The S phase of the cell cycle, polyploidy events, DNA double strand breaks (DSBs) and DNA single strand breaks (SSBs) were increased in BPV-1-positive cells compared to control fibroblasts. BPV-1-mediated oxidative stress may contribute to telomere dysfunction in sarcoid-derived fibroblasts. Loss of mitochondrial membrane potential and concurrent elevation in intracellular ATP production may be a consequence of changes in energy-supplying pathways in BPV-1-positive cells which is also typical for cancer cells. Shifts in energy metabolism may support rapid proliferation in cells infected by BPV-1. Nevertheless, sarcoid-derived fibroblasts representing a heterogeneous cell fraction vary in some aspects of metabolic phenotype due to a dual role of BPV-1 in cell transformation and oncogene-induced premature senescence. This was shown with increased senescence-associated β-galactosidase (SA-β-gal) activity. Taken together, metabolic phenotypes in sarcoid-derived fibroblasts are plastic, which are similar to greater plasticity of cancer tissues than normal tissues.

ARTEMIS INTERACTS WITH THE CUL4A UBIQUITIN E3 LIGASE COMPLEX AND REGULATES THE CELL CYCLE PROGRESSION

Artemis, a member of the SNM1 gene family, is one of the six known components of the non-homologous end joining pathway. It is a multifunctional phospho-protein that has been shown to be modified by the phosphatidylinositol 3-kinases (PIKs) DNA-PKcs, ATM and ATR in response to a variety of cellular stresses. Artemis has important roles in V(D)J recombination, DNA double strand breaks repair and damage-induced cell-cycle checkpoint regulation. The detailed mechanism by which Artemis mediates its functions in these cellular pathways needs to be further elucidated. My work presented here demonstrates a new function for Artemis in cell cycle regulation as a component of Cullin-based E3 ligase complex. I show that Artemis interacts with Cul4A-DDB1 ligase complex via a direct interaction with the substrate-specific receptor DDB2, and deletion mapping analysis shows that part of the Snm1 domain of Artemis is responsible for this interaction. Additionally, Artemis also interacts with p27, a substrate of Cul4A-DDB1 complex, and both DDB2 and Artemis are required for the degradation of p27 mediated by this complex. Furthermore, I show that the regulation of p27 by Artemis and DDB2 is critical for cell cycle progression in normally proliferating cells and in response to serum withdrawal. Finally, I provide evidence showing that Artemis may be also a part of other Cullin-based E3 ligase complexes, and it has a role in controlling p27 levels in response to different cellular stress, such as UV irradiation. These findings suggest a novel pathway to regulate p27 protein level and define a new function for Artemis as an effector of Cullin-based E3-ligase mediated ubiquitylation, and thus, a cell cycle regulator in proliferating cells.

Modulating bioreductive drug activity with antivascular agents

Modulation of tumor hypoxia to increase bioreductive drug antitumor activity was investigated. The antivascular agent 5,6-dimethylxanthenone acetic acid (DMXAA) was used in combination studies with the bioreductive drugs Tirapazamine (TPZ) and Mitomycin C (MMC). Blood perfusion studies with DMXAA showed a maximal reduction of 66% in tumor blood flow 4 hours post drug administration. This tumor specific decrease in perfusion was also found to be dose-dependent, with 25 and 30 mg/kg DMXAA yielding greater than 50% reduction in tumor blood flow. Increases in antitumor activity with combination therapy (bioreductive drugs $+$ DMXAA) were significant over individual therapies, suggesting an increased activity due to increased hypoxia induced by DMXAA. Combination studies yielded the following significant tumor growth delays over control: MMC (5mg/kg) $+$ DMXAA (25mg/kg) = 20 days, MMC (2.5mg/kg) $+$ DMXAA (25 mg/kg) = 8 days, TPZ (21.4mg/kg) $+$ DMXAA (17.5mg/kg) = 4 days. The mechanism of interaction of these drugs was investigated by measuring metabolite production and DNA damage. 'Real time' microdialysis studies indicated maximal metabolite production at 20-30 minutes post injection for individual and combination therapies. DNA double strand breaks induced by TPZ $\pm$ DMXAA (20 minutes post injection) were analyzed by pulsed field gel electrophoresis (PFGE). Southern blot analyses and quantification showed TPZ induced DNA double strand breaks, but this effect was not evident in combination studies with DMXAA. Based on these data, combination studies of TPZ $+$ DMXAA showed increased antitumor activity over individual drug therapies. The mechanism of this increased activity, however, does not appear to be due to an increase in TPZ bioreduction at this time point. ^